JPWO2008032753A1 - Polishing apparatus and polishing method - Google Patents

Polishing apparatus and polishing method Download PDF

Info

Publication number
JPWO2008032753A1
JPWO2008032753A1 JP2008534371A JP2008534371A JPWO2008032753A1 JP WO2008032753 A1 JPWO2008032753 A1 JP WO2008032753A1 JP 2008534371 A JP2008534371 A JP 2008534371A JP 2008534371 A JP2008534371 A JP 2008534371A JP WO2008032753 A1 JPWO2008032753 A1 JP WO2008032753A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
region
signal
substrate
regions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008534371A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5283506B2 (en
Inventor
小林 洋一
洋一 小林
康正 廣尾
康正 廣尾
大橋 剛
剛 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP2008534371A priority Critical patent/JP5283506B2/en
Publication of JPWO2008032753A1 publication Critical patent/JPWO2008032753A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5283506B2 publication Critical patent/JP5283506B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013Devices or means for detecting lapping completion

Abstract

本発明は、半導体ウェハなどの基板を研磨して平坦化する研磨装置および研磨方法に関する。本発明に係る研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブル(10)と、基板上の第1の複数の領域に対して独立して押圧力を与えることで基板を研磨テーブルに押圧するトップリング(14)と、複数の計測点における膜の状態を検出するセンサ(50)と、センサの出力信号から、基板上の第2の複数の領域のそれぞれについてモニタリング信号を生成するモニタリング装置(53)と、モニタリング信号の基準値と研磨時間との関係を示す複数の基準信号を格納した記憶部と、第2の複数の領域のそれぞれに対応するモニタリング信号が複数の基準信号のいずれか1つに収束するように第1の複数の領域に対する押圧力を操作する制御部とを備える。The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method for polishing and flattening a substrate such as a semiconductor wafer. A polishing apparatus according to the present invention includes a polishing table (10) having a polishing surface and a top ring (pressing the substrate against the polishing table by independently applying a pressing force to the first plurality of regions on the substrate. 14), a sensor (50) for detecting the state of the film at a plurality of measurement points, and a monitoring device (53) for generating a monitoring signal for each of the second plurality of regions on the substrate from the output signal of the sensor, The storage unit storing a plurality of reference signals indicating the relationship between the reference value of the monitoring signal and the polishing time, and the monitoring signal corresponding to each of the second plurality of regions converges to any one of the plurality of reference signals And a control unit for operating the pressing force on the first plurality of regions.

Description

本発明は、研磨装置および研磨方法に係り、特に半導体ウェハなどの基板を研磨して平坦化する研磨装置および研磨方法に関するものである。   The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method, and more particularly to a polishing apparatus and a polishing method for polishing and flattening a substrate such as a semiconductor wafer.

半導体ウェハなどの基板を研磨して平坦化する研磨装置として、トップリング内の複数のチャンバの圧力を独立に調整できるものが知られている。この研磨装置においては、例えば、基板上の膜厚に関連した物理量をセンサが測定し、この物理量に基づいてモニタリング信号が生成される。基板の研磨前には、予め、モニタリング信号と時間との関係を示す基準信号が用意され、研磨中においては、基板上のそれぞれの計測点におけるモニタリング信号が基準信号に収束するように、トップリングの押圧力が調節される。これにより、基板面内で均一な残膜厚を実現する(例えば、WO 2005/123335参照)。
しかしながら、従来の研磨装置においては、基板のある領域において取得されたセンサ信号値が、他の領域に比べて著しく異なることがあり、センサが膜厚を正しく評価することができないという問題がある。この原因の1つとして挙げられるのは、センサの有効計測範囲に起因する信号の低下である。センサの有効計測範囲は必然的にある程度の大きさを持っている。このため、ウェハの周縁部の近傍を計測しようとすると、センサの有効計測範囲の一部がウェハの被研磨面からはみ出してしまい、センサが正確な信号を取得できない。このような場合には、正確な信号を取得できない部分の計測点を除外して制御を行うこともできるが、特にウェハの周縁部の膜厚均一性が重要な場合には、このような方法を採ることはできない。
また、別の原因として挙げられるのは、トップリング内の金属や磁性材料の影響である。すなわち、SUSなどの導電性の金属部品や磁性を有する材料がトップリングに使われると、その影響でセンサの信号の値が局所的に変化してしまう。
As a polishing apparatus for polishing and flattening a substrate such as a semiconductor wafer, an apparatus capable of independently adjusting the pressures of a plurality of chambers in a top ring is known. In this polishing apparatus, for example, a sensor measures a physical quantity related to the film thickness on the substrate, and a monitoring signal is generated based on the physical quantity. Before polishing the substrate, a reference signal indicating the relationship between the monitoring signal and time is prepared in advance. During polishing, the top ring is used so that the monitoring signal at each measurement point on the substrate converges to the reference signal. The pressing force is adjusted. Thereby, a uniform residual film thickness is realized in the substrate surface (see, for example, WO 2005/123335).
However, the conventional polishing apparatus has a problem that the sensor signal value acquired in a certain area of the substrate may be significantly different from that in other areas, and the sensor cannot correctly evaluate the film thickness. One reason for this is a decrease in signal due to the effective measurement range of the sensor. The effective measurement range of the sensor necessarily has a certain size. For this reason, when it is going to measure the vicinity of the peripheral part of a wafer, a part of effective measurement range of a sensor will protrude from the to-be-polished surface of a wafer, and a sensor cannot acquire an exact signal. In such a case, the control can be performed by excluding the measurement points where the accurate signal cannot be obtained. However, this method is particularly effective when the film thickness uniformity at the peripheral edge of the wafer is important. Cannot be taken.
Another cause is the influence of the metal and magnetic material in the top ring. That is, when a conductive metal part such as SUS or a magnetic material is used for the top ring, the signal value of the sensor locally changes due to the influence.

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、基板の研磨後の膜厚プロファイルを精度よく制御することができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、表面に膜が形成された基板を研磨する研磨装置であって、研磨面を有する研磨テーブルと、基板上の第1の複数の領域に対して独立して押圧力を与えることで基板を前記研磨テーブルに押圧するトップリングと、複数の計測点における前記膜の状態を検出するセンサと、前記センサの出力信号から、基板上の第2の複数の領域のそれぞれについてモニタリング信号を生成するモニタリング装置と、前記モニタリング信号の基準値と研磨時間との関係を示す複数の基準信号を格納した記憶部と、前記第2の複数の領域のそれぞれに対応する前記モニタリング信号が前記複数の基準信号のいずれか1つに収束するように前記第1の複数の領域に対する押圧力を操作する制御部とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第2の複数の領域の1つは、基板の周縁部を含む領域であり、前記複数の基準信号の1つは、前記基板の周縁部を含む領域についての基準信号であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の基準信号は、前記第2の複数の領域にそれぞれ対応して設けられたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モニタリング信号の信号値と前記基準信号の信号値とを、前記基準信号に基づいて研磨時間に関する値に変換して、新たなモニタリング信号と新たな基準信号とを生成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、研磨工程の任意の時刻において、前記第2の複数の領域における前記新たなモニタリング信号を平均化した値を求め、該時刻における前記新たな基準信号が前記平均化した値と一致するように、該時刻以降の前記新たな基準信号を時間軸に関して平行移動することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の基準信号は、同一時点において同一の膜厚に対応することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の基準信号は、同一時点において、前記第2の複数の領域間に設定された所定の膜厚差を反映した膜厚に対応することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部の制御周期は、1秒以上10秒以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサは、渦電流センサであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記モニタリング装置により生成されたモニタリング信号に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする。
本発明の他の態様は、基板上の第1の複数の領域に対して独立した押圧力を与えることで基板を研磨テーブルに押圧して研磨する研磨方法であって、基板上の膜厚に関連するモニタリング信号の基準値と研磨時間との関係を示す複数の基準信号を定義し、複数の計測点における基板上の膜の状態をセンサを用いて検出し、前記センサの出力信号から、基板上の第2の複数の領域のそれぞれについてモニタリング信号を生成し、前記第2の複数の領域のそれぞれに対応する前記モニタリング信号が前記複数の基準信号のいずれか1つに収束するように前記第1の複数の領域に対する押圧力を操作することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、研磨対象となる基板と同種の基準基板を用意し、前記基準基板の膜厚を測定し、前記基準基板を研磨して複数の計測点における前記基準基板上の膜の状態を前記センサにより検出し、前記第2の複数の領域から選択された第1の領域および第2の領域におけるモニタリング信号を前記センサの出力信号から生成し、前記第1の領域及び第2の領域の被研磨膜が完全に除去された時点で研磨を停止し、前記第1の領域および前記第2の領域の平均研磨速度を求め、前記第2の領域の平均研磨速度が前記第1の領域の平均研磨速度と一致するように、前記第2の領域のモニタリング信号を時間軸に沿って伸張または縮小させ、前記第2の領域の初期膜厚が前記第1の領域の初期膜厚と一致するために必要な研磨時間を求め、前記伸張または縮小させた第2の領域のモニタリング信号を、前記求めた研磨時間だけ時間軸に沿って平行移動させ、前記平行移動したモニタリング信号を前記第2の領域の基準信号とすることにより前記複数の基準信号を定義することを特徴とする。
本発明によれば、基板上の複数の領域について複数の基準信号が設けられるので、基板の全領域において均一な膜厚を得ることができる。また、センサの有効測定範囲を縮小させるためにセンサを基板の被研磨面に近づける必要がなくなるので、貫通孔や裏面窪みなどのない通常の研磨パッドを用いることが可能となる。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of accurately controlling a film thickness profile after polishing a substrate.
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a polishing apparatus for polishing a substrate having a film formed on a surface, the polishing table having a polishing surface, and a first plurality of regions on the substrate A top ring that presses the substrate against the polishing table by applying a pressing force independently to the polishing table, a sensor that detects the state of the film at a plurality of measurement points, and an output signal of the sensor, A monitoring device that generates a monitoring signal for each of the plurality of regions, a storage unit that stores a plurality of reference signals indicating a relationship between a reference value of the monitoring signal and a polishing time, and a second plurality of regions A control unit for operating a pressing force on the first plurality of regions so that the monitoring signal corresponding to each converges to any one of the plurality of reference signals. And butterflies.
In a preferred aspect of the present invention, one of the second plurality of regions is a region including a peripheral portion of the substrate, and one of the plurality of reference signals is a reference for a region including the peripheral portion of the substrate. It is a signal.
In a preferred aspect of the present invention, the plurality of reference signals are provided corresponding to the second plurality of regions, respectively.
In a preferred aspect of the present invention, a signal value of the monitoring signal and a signal value of the reference signal are converted into a value related to a polishing time based on the reference signal, and a new monitoring signal and a new reference signal are generated. It is characterized by doing.
In a preferred aspect of the present invention, a value obtained by averaging the new monitoring signals in the second plurality of regions is obtained at an arbitrary time of the polishing process, and the new reference signal at the time is the averaged value. The new reference signal after the time is moved in parallel with respect to the time axis so as to coincide with.
In a preferred aspect of the present invention, the plurality of reference signals correspond to the same film thickness at the same time.
In a preferred aspect of the present invention, the plurality of reference signals correspond to film thicknesses reflecting a predetermined film thickness difference set between the second plurality of regions at the same time point.
In a preferred aspect of the present invention, the control period of the control unit is not less than 1 second and not more than 10 seconds.
In a preferred aspect of the present invention, the sensor is an eddy current sensor.
In a preferred aspect of the present invention, the control unit detects a polishing end point based on a monitoring signal generated by the monitoring device.
Another aspect of the present invention is a polishing method in which a substrate is pressed against a polishing table by applying an independent pressing force to the first plurality of regions on the substrate, and the film thickness on the substrate is increased. Define a plurality of reference signals indicating the relationship between the reference value of the related monitoring signal and the polishing time, detect the state of the film on the substrate at a plurality of measurement points using a sensor, and from the sensor output signal, A monitoring signal is generated for each of the second plurality of regions, and the monitoring signal corresponding to each of the second plurality of regions converges to any one of the plurality of reference signals. It is characterized by operating a pressing force for a plurality of one region.
In a preferred aspect of the present invention, a reference substrate of the same type as the substrate to be polished is prepared, the thickness of the reference substrate is measured, the reference substrate is polished, and the film on the reference substrate at a plurality of measurement points is measured. A state is detected by the sensor, and a monitoring signal in the first region and the second region selected from the second plurality of regions is generated from the output signal of the sensor, and the first region and the second region The polishing is stopped when the film to be polished in the region is completely removed, and the average polishing rate of the first region and the second region is obtained. The average polishing rate of the second region is the first polishing rate. The monitoring signal of the second region is stretched or reduced along the time axis so as to match the average polishing rate of the region, and the initial film thickness of the second region is equal to the initial film thickness of the first region. Find the polishing time required to match The translated signal of the stretched or shrunk second region is translated along the time axis for the determined polishing time, and the translated monitoring signal is used as a reference signal for the second region. The plurality of reference signals are defined.
According to the present invention, since a plurality of reference signals are provided for a plurality of regions on the substrate, a uniform film thickness can be obtained in the entire region of the substrate. In addition, since it is not necessary to bring the sensor close to the surface to be polished of the substrate in order to reduce the effective measurement range of the sensor, it is possible to use a normal polishing pad having no through hole or back surface depression.

図1は、本発明の実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。
図2は、図1に示すトップリングの断面を示す模式図である。
図3は、研磨テーブルとウェハとの関係を示す平面図である。
図4は、センサがウェハ上を走査する軌跡を示した図である。
図5は、図4に示すウェハ上の計測点のうちモニタリング装置によりモニタリングを行う計測点を選択する一例を示す平面図である。
図6は、各計測点におけるセンサの有効計測範囲を示す図である。
図7は、ウェハ上の各領域における信号値を示すグラフである。
図8は、基準ウェハを研磨したときのモニタリング信号に基づいて各領域についての基準信号を作成する流れを示すフローチャートである。
図9Aおよび図9Bは膜厚分布の例を示す模式図である。
図10は、基準ウェハを研磨したときのモニタリング信号の一例である。
図11は、モニタリング信号の時間軸に関するスケーリングを説明する図である。
図12は、時間軸に沿ってスケーリングされたモニタリング信号を、さらに時間軸に沿って平行移動する方法を説明する図である。
図13は、基準信号およびモニタリング信号の変換方法の一例を説明するためのグラフである。
図14は、基準信号の適用方法の一例を説明するためのグラフである。
図15は、基準信号の適用方法の他の例を説明するためのグラフである。
図16は、基準信号の適用方法の他の例を説明するためのグラフである。
図17は、基準信号を作成して研磨を行った場合の研磨前後の径方向膜厚分布を示すグラフである。
図18は、非制御研磨におけるモニタリング信号の推移を示すグラフである。
図19は、制御研磨におけるモニタリング信号の推移を示すグラフである。
図20は、予測型のファジィ制御を説明するためのグラフである。
図21は、予測型制御を説明するための模式図である。
図22は、予測型制御用のファジィルールの一例を示すテーブルである。
図23は、予測型制御用のファジィルールの他の例を示すテーブルである。
図24は、導電性膜とセンサコイルとの間のギャップ(パッド厚)を変化させた場合のインピーダンス座標面における円軌跡の変化を示す図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of the top ring shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing the relationship between the polishing table and the wafer.
FIG. 4 is a diagram showing a trajectory that the sensor scans on the wafer.
FIG. 5 is a plan view showing an example of selecting measurement points to be monitored by the monitoring device from the measurement points on the wafer shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an effective measurement range of the sensor at each measurement point.
FIG. 7 is a graph showing signal values in each region on the wafer.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of creating a reference signal for each region based on a monitoring signal when the reference wafer is polished.
9A and 9B are schematic diagrams showing examples of film thickness distribution.
FIG. 10 is an example of a monitoring signal when the reference wafer is polished.
FIG. 11 is a diagram for explaining the scaling with respect to the time axis of the monitoring signal.
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of further translating the monitoring signal scaled along the time axis along the time axis.
FIG. 13 is a graph for explaining an example of a method for converting the reference signal and the monitoring signal.
FIG. 14 is a graph for explaining an example of a method of applying a reference signal.
FIG. 15 is a graph for explaining another example of the application method of the reference signal.
FIG. 16 is a graph for explaining another example of the application method of the reference signal.
FIG. 17 is a graph showing the radial film thickness distribution before and after polishing when a reference signal is generated and polishing is performed.
FIG. 18 is a graph showing the transition of the monitoring signal in uncontrolled polishing.
FIG. 19 is a graph showing the transition of the monitoring signal in the controlled polishing.
FIG. 20 is a graph for explaining predictive fuzzy control.
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining predictive control.
FIG. 22 is a table showing an example of a fuzzy rule for predictive control.
FIG. 23 is a table showing another example of the fuzzy rule for predictive control.
FIG. 24 is a diagram illustrating a change in the circular locus on the impedance coordinate plane when the gap (pad thickness) between the conductive film and the sensor coil is changed.

以下、本発明の実施形態について図1乃至図24を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、上面に研磨パッド10が貼設された研磨テーブル12と、研磨対象物であるウェハを保持して研磨パッド10の上面に押圧するトップリング14とを備えている。研磨パッド10の上面は、研磨対象物であるウェハと摺接する研磨面を構成している。
研磨テーブル12は、その下方に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。また、研磨テーブル12の上方には図示しない研磨液供給ノズルが設置されており、この研磨液供給ノズルから研磨パッド10上に研磨液が供給されるようになっている。
トップリング14は、トップリングシャフト18に連結されており、このトップリングシャフト18を介してモータ及び昇降シリンダ(図示せず)に連結されている。これにより、トップリング14は昇降可能かつトップリングシャフト18周りに回転可能となっている。このトップリング14の下面には、研磨対象物であるウェハが真空等によって吸着、保持される。
上述の構成において、トップリング14の下面に保持されたウェハは、回転している研磨テーブル12の上面の研磨パッド10に押圧される。このとき、研磨液供給ノズルから研磨パッド10上に研磨液が供給され、ウェハの被研磨面(下面)と研磨パッド10の間に研磨液が存在した状態でウェハが研磨される。
図2は図1に示すトップリングの断面を示す模式図である。図2に示すように、トップリング14は、トップリングシャフト18の下端に自在継手部30を介して連結される略円盤状のトップリング本体31と、トップリング本体31の下部に配置されたリテーナリング32とを備えている。トップリング本体31は金属やセラミックス等の強度および剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング32は、剛性の高い樹脂材またはセラミックス等から形成されている。なお、リテーナリング32をトップリング本体31と一体的に形成することとしてもよい。
トップリング本体31およびリテーナリング32の内側に形成された空間内には、ウェハWに当接する弾性パッド33と、弾性膜からなる環状の加圧シート34と、弾性パッド33を保持する概略円盤状のチャッキングプレート35とが収容されている。弾性パッド33の上周端部はチャッキングプレート35に保持され、弾性パッド33とチャッキングプレート35との間には、4つの圧力室(エアバッグ)P1,P2,P3,P4が設けられている。これらの圧力室P1,P2,P3,P4にはそれぞれ流体路37,38,39,40を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。中央の圧力室P1は円形であり、他の圧力室P2,P3,P4は環状である。これらの圧力室P1,P2,P3,P4は、同心上に配列されている。
圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力は図示しない圧力調整部により互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハWの4つの領域、すなわち、中央部C1、内側中間部C2、外側中間部C3、および周縁部C4に対する押圧力を概ね独立に調整することができる(もちろん、正確には、隣り合う領域など他の領域に対する圧力室の影響を多少なりとも受ける)。また、トップリング14の全体を昇降させることにより、リテーナリング32を所定の押圧力で研磨パッド10に押圧できるようになっている。チャッキングプレート35とトップリング本体31との間には圧力室P5が形成され、この圧力室P5には流体路41を介して加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。これにより、チャッキングプレート35および弾性パッド33全体が上下方向に動くことができる。なお、ウェハWの周囲にはリテーナリング32が設けられ、研磨中にウェハWがトップリング14から飛び出さないようになっている。
図1に示すように、研磨テーブル12の内部には、ウェハWの膜の状態を監視(検知)するセンサ50が埋設されている。このセンサ50はモニタリング装置53に接続され、このモニタリング装置53はCMPコントローラ54に接続されている。上記センサ50としては渦電流センサを用いることができる。センサ50の出力信号はモニタリング装置53に送られ、このモニタリング装置53で、センサ50の出力信号(センシング信号)に対して必要な変換・処理(演算処理)を施してモニタリング信号が生成される。
モニタリング装置53は、モニタリング信号に基づいて各圧力室P1,P2,P3,P4の内部圧力を操作する制御部としても機能する。すなわち、モニタリング装置53では、モニタリング信号に基づいてトップリング14がウェハWを押圧する力が決定され、この押圧力がCMPコントローラ54に送信される。CMPコントローラ54は、トップリング14のウェハWに対する押圧力を変更するように図示しない圧力調整部に指令を出す。なお、モニタリング装置53と制御部とを別々の装置としてもよく、モニタリング装置53とCMPコントローラ54とを一体化して1つの制御装置としてもよい。
図3は、研磨テーブル12とウェハWとの関係を示す平面図である。図3に示すように、センサ50は、トップリング14に保持された研磨中のウェハWの中心Cを通過する位置に設置されている。符号Cは研磨テーブル12の回転中心である。例えば、センサ50は、ウェハWの下方を通過している間、通過軌跡(走査線)上で連続的にウェハWのCu層等の導電性膜の膜厚あるいは膜厚の変化に応じて増加又は減少する量を検出できるようになっている。
図4は、センサ50がウェハW上を走査する軌跡を示したものである。すなわち、センサ50は、研磨テーブル12が1回転するごとにウェハWの表面(被研磨面)を走査するが、研磨テーブル12が回転すると、センサ50は概ねウェハWの中心C(トップリングシャフト18の中心)を通る軌跡を描いてウェハWの被研磨面上を走査することになる。トップリング14の回転速度と研磨テーブル12の回転速度とは通常異なっているため、ウェハWの表面におけるセンサ50の軌跡は、図4に示すように、研磨テーブル12の回転に伴って走査線SL,SL,SL,…と変化する。この場合でも、上述したように、センサ50は、ウェハWの中心Cを通る位置に配置されているので、センサ50が描く軌跡は、毎回ウェハWの中心Cを通過する。そして、本実施形態では、センサ50による計測のタイミングを調整して、センサ50によってウェハWの中心Cを毎回必ず計測するようにしている。
また、ウェハWの研磨後の膜厚プロファイルは、ウェハWの中心Cを通り表面に垂直な軸に関して概ね軸対象になることが知られている。したがって、図4に示すように、m番目の走査線SL上のn番目の計測点をMPm−nと表わすとき、各走査線におけるn番目の計測点MP1−n,MP2−n,・・・,MPm−nに対するモニタリング信号を追跡することにより、n番目の計測点の半径位置におけるウェハWの膜厚の推移をモニタリングすることができる。
なお、図4においては、簡略化のため、1回の走査における計測点の数を15としている。しかしながら、計測点の個数はこれに限られるものではなく、計測の周期および研磨テーブル12の回転速度に応じて種々の値にすることができる。センサ50として渦電流センサを用いる場合には、通常、1つの走査線上に100個以上の計測点がある。このように計測点を多くすると、いずれかの計測点がウェハWの中心Cに概ね一致するので、上述したウェハWの中心Cに対する計測タイミングの調整を行わなくてもよい。
図5は、図4に示すウェハW上の計測点のうちモニタリング装置53によりモニタリングを行う計測点を選択する一例を示す平面図である。図5に示す例では、押圧力が独立して操作される各領域C1,C2,C3,C4の中心近傍と境界線近傍に対応する位置の計測点MPm−1,MPm−2,MPm−3,MPm−4,MPm−5,MPm−6,MPm−8,MPm−10,MPm−11,MPm−12,MPm−13,MPm−14,MPm−15のモニタリングを行っている。ここで、図4に示した例とは異なり、計測点MPm−iとMPm−(i+1)との間に別の計測点があってもよい。なお、モニタリングする計測点の選択は、図5に示す例に限られず、ウェハWの被研磨面上において制御上着目すべき点をモニタリングすべき計測点として選択することができ、走査線上の全計測点を選択することも可能である。
モニタリング装置53は、選択した計測点におけるセンサ50の出力信号(センシング信号)に所定の演算処理を行い、モニタリング信号を生成する。さらに、モニタリング装置53は、生成されたモニタリング信号と後述する基準信号とに基づいて、ウェハWの各領域C1,C2,C3,C4に対応する、トップリング14内の圧力室P1,P2,P3,P4の圧力をそれぞれ算出する。すなわち、モニタリング装置53は、上述のようにして選択された計測点について取得されたモニタリング信号を、予め計測点ごとに設定された基準信号と比較し、各モニタリング信号がそれぞれの基準信号に収束するための圧力室P1,P2,P3,P4の最適な圧力値を算出する。そして、算出された圧力値はモニタリング装置53からCMPコントローラ54に送信され、CMPコントローラ54は圧力室P1,P2,P3,P4の圧力を変更する。このようにして、ウェハWの各領域C1,C2,C3,C4に対する押圧力が調整される。
ここで、ノイズの影響を排除してデータを平滑化するために、近傍の計測点についてのモニタリング信号を平均化したものを使用してもよい。あるいは、ウェハWの表面を中心Cからの半径に応じて同心円状に複数の領域に分割し、各領域内の計測点に対するモニタリング信号の平均値または代表値を求めて、この平均値または代表値を制御用の新たなモニタリング信号として用いてもよい。ここで、研磨中の各時点において各計測点のCからの距離を求めてどの領域に属するかを判断するようにすれば、センサが研磨テーブル12の半径方向に複数個並んで配置された場合や、研磨中にトップリング14がトップリングヘッドシャフト18を中心として揺動する場合にも効果的に対応することができる。なお、各計測点は、実際にはセンサの有効径測範囲に対応する面積を有するものであるから、以上全ての場合に関して、モニタリング信号は基板上の複数の領域の状態を表わすものであるといえる。
図6は、各計測点におけるセンサの有効計測範囲を示す図である。センサ50として渦電流センサを用いた場合、センサ50内のコイルの大きさ、有効範囲広がり角、センサ50からウェハWまでの距離に応じてウェハW上の有効計測範囲が決定される。そして、センサ50は、各計測点において図6の点線で示す範囲内の情報を取得することとなる。しかしながら、ウェハWの周縁部の状態を計測しようとすると、センサ50の有効計測範囲の一部がウェハWの被研磨面からはみ出してしまう(図6の計測点MPm−1,MPm−N参照)。このような場合には、図7に示すように、ウェハWの周縁部における計測点MPm−1,MPm−Nに対応するモニタリング信号が、他の領域におけるモニタリング信号とは大きく異なり、膜厚を適正に評価することができなくなってしまう。渦電流センサ以外の方式のセンサに関しても、条件によっては類似のことが起こり得る。なお、図7において、研磨時間終盤でそれぞれのモニタリング信号が減少から一定に転じる点は、研磨終点(金属膜が完全に除去される時点)を表わしている。
そこで、本実施形態では、このようなウェハW上の領域によって同一膜厚でもモニタリング信号値が異なってしまう問題への対処方法として、ウェハWの各領域C1〜C4についてそれぞれ基準信号を設定する。この基準信号は、所望の膜厚プロファイル(例えば、研磨後の膜厚が均一なプロファイル)を実現するために、研磨中の各時点(研磨時点)においてモニタリング信号の指標となる値(基準値)を示すものであり、研磨時点とその研磨時点での望ましいモニタリング信号の値との関係を示すグラフとして表わすことができる。本実施形態では、研磨対象のウェハと同種のウェハ(以下、これを基準ウェハという)を事前に研磨して、このときのモニタリング信号を基にウェハWの径方向に分布する各領域C1〜C4についての基準信号を作成する。
ここで、ウェハの径方向の膜厚が均一になることをねらって各領域に対する押圧力を操作するものとすれば、領域ごとに設定される基準信号は、同一時点において同一膜厚に対応するものでなければならない。つまり、同一時点において同一膜厚に対応すると見なせるような基準信号を領域ごとに用意し、領域ごとに取得されるモニタリング信号がこれらの基準信号に収束するように押圧力を操作すれば、各領域における膜厚が均一になるようにウェハWを研磨できる。
図8は、基準ウェハを研磨して、このときのモニタリング信号に基づいて各領域についての基準信号を作成する流れを示すフローチャートである。まず、研磨対象のウェハと同種のウェハ、すなわち基準ウェハを用意する。そして、図8に示すように、研磨前の基準ウェハの径方向における膜厚分布を測定し、各領域C1〜C4の研磨前の代表膜厚を取得する(ステップ1)。ここで、同種のウェハとは、研磨中の各時点における研磨速度(Removal Rate)が研磨対象ウェハに概ね等しく,膜厚が同一のときに取得されるモニタリング信号が研磨対象ウェハに概ね等しく、かつ、ウェハ周縁部の成膜範囲が研磨対象ウェハに実質的に等しいウェハである。たとえば、渦電流センサにおいて、基準ウェハの被研磨膜(金属膜)の材料は、研磨対象のウェハの被研磨膜と基本的に同種でなければならない。また、研磨対象のウェハ自身の抵抗が金属膜の抵抗に比べて無視できないほど小さくて研磨中のモニタリング信号に影響を与える場合には、基準ウェハの抵抗は研磨対象のウェハの抵抗に概ね等しくなければならない。ただし、基準ウェハは、必ずしも研磨対象のウェハと厳密に同一仕様のウェハである必要はない。たとえば、基準ウェハの研磨速度が研磨対象となるウェハの研磨速度と大幅に異なる場合には、基準ウェハを研磨した時のモニタリング信号を時間軸に関してスケーリング(伸張または縮小)することにより見かけ上の研磨速度を調整して、研磨対象ウェハの制御に用いることもできる。また、制御時間を十分に取る上で、基準ウェハの初期膜厚は研磨対象ウェハの初期膜厚と等しいか、またはより大きいことが好ましいが、基準ウェハの初期膜厚が研磨対象ウェハの初期膜厚より小さい場合でも後述する制御時間を短くするだけで、研磨制御は可能である。
基準ウェハの膜厚分布を取得した後、この基準ウェハを研磨し、各領域C1〜C4におけるモニタリング信号を取得する(ステップ2)。基準ウェハを研磨する間、各領域C1〜C4に対する圧力室P1,P2,P3,P4内の圧力は一定(不変)とする。ただし、それぞれの圧力室P1,P2,P3,P4内の圧力を互いに等しくする必要はない。さらに、基準ウェハの研磨の間は、研磨パッド10、研磨液、研磨テーブル12の回転速度、トップリング14の回転速度などその他の研磨条件は、原則として一定とする。好ましくは、基準ウェハの研磨時の研磨条件は、研磨対象ウェハの研磨時と同一または類似の条件とする。
所定の時間が経過した後、基準ウェハの研磨を終了させる。そして、研磨後の基準ウェハ上の被研磨膜の膜厚を測定し、各領域C1〜C4の研磨後の代表膜厚を取得する(ステップ3)。被研磨膜が金属膜の場合は、金属膜が除去される前に研磨を停止させる。これは、センサ50による研磨後の膜厚の測定を保証するため、および金属膜が除去されると研磨速度が大きく変化してしまい、精度のよい基準信号が得られないからである。ただし、ウェハWの各領域の金属膜が除去される時点をモニタリング信号から求め、この時点の膜厚を0として基準信号を作成することも可能であり、この場合には、金属膜が完全に除去されるまで基準ウェハを研磨する。
後述するように、本実施形態では取得された基準ウェハの各領域のモニタリング信号に対してスケーリング及び平行移動などの処理を行って各時点における各領域の膜厚が均一と見なせる基準信号を作成するので、基準ウェハの研磨において必ずしも膜厚が均一である必要はない。しかし、センサによる急峻な膜厚プロファイルの把握には問題があるから、研磨前及び研磨後における基準ウェハ径方向の膜厚が均一であるほど、精度のよい基準信号を得ることが期待できる。
一般に、ウェハの膜厚プロファイルに局所的な凹凸がある場合、この凹凸がセンサの有効計測範囲よりも小さいと、センサはその凹凸の形状を正確に反映した信号を出力できない。例えば、図9Aに示すように、ウェハのa点において急峻な凸部があるとする。センサの有効計測範囲はある程度の大きさを有するため、センサはこの凸部のピークの膜厚に対応する値を出力するのではなく、有効計測範囲内で平均化された膜厚に対応する信号値を出力することになる。そこで、基準ウェハの研磨前後の膜厚測定においては、センサ50の有効計測範囲に相当する領域で取得された計測値を平均化して、この領域の中心点における膜厚値とすることが好ましい。このようにして取得された膜厚分布を図9Bに示す。なお、図9Aおよび図9Bにおいて、グラフ上の黒点はセンサ50の計測点を示している。
次に、ステップ4,5(図8参照)では、各基準信号が同一時点において同一膜厚に対応すると見なせるように、基準信号を補正する。
図10は、基準ウェハを研磨したときのモニタリング信号の一例である。一般に、モニタリング信号(およびセンサ信号)の値は膜厚自体を示すものではないが、モニタリング信号の値と膜厚とはある一定の関係を有する。しかしながら、上述したように、同一膜厚であってもウェハWの周縁部におけるモニタリング信号が他の領域におけるモニタリング信号よりも小さくなること、及び、導電性材料などの影響により、取得されるモニタリング信号が本来得られるべき値を示さないことがある。そこで、ステップ1,3において測定された研磨前後の膜厚をモニタリング信号に割り振ることにより、モニタリング信号と膜厚とを関連付ける。具体的には、図10に示すように、基準領域C0の研磨前後の膜厚dC0S,dC0Eを基準領域C0のモニタリング信号の始点および終点にそれぞれ割り振る。同様に、基準領域以外の領域Ciの研磨前後の膜厚dCiS,dCiEを領域Ciのモニタリング信号の始点および終点にそれぞれ割り振る。なお、基準領域C0としては、例えば、ウェハの中心部を含む領域C1を選択することができる。
図11は、モニタリング信号の時間軸に関するスケーリングを説明する図である。ステップ4では、各領域C1〜C4の平均研磨速度が同一となるように、モニタリング信号を時間軸に沿ってスケーリングする。なお、ここでいうスケーリングとは、モニタリング信号を時間軸に沿って伸張または縮小させることを意味する。
いま、基準ウェハを事前研磨したときの研磨時間がTEであるとする。このとき、基準領域C0における平均研磨速度Rは、次の式(1)で表される。
R=(dC0S−dC0E)/TE ・・・(1)
そこで、領域Ciの平均研磨速度が基準領域C0の平均研磨速度と等しくなるように、領域Ciに対する補正研磨時間を、
E=(dCiS−dCiE)/R ・・・(2)
とおく。
そして、もともとの研磨開始時刻を0として、領域Ciのモニタリング信号の各信号値に対応する時刻tを、次の式(3)に示すように補正する。
←t×TE/TE ・・・(3)
上記式(3)において、記号「←」は置き換えを表わしている。
なお、図11には、dCiS−dCiE>dC0S−dC0Eの場合の例を示している。
図12は、このようにして時間軸に沿ってスケーリングされたモニタリング信号を、さらに時間軸に沿って平行移動する方法を説明する図であり、図8のステップ5を説明する図である。このステップ5では、各領域における初期膜厚を揃える作業を行う。
いま、基準ウェハの研磨中の各時点において、各領域C1〜C4において研磨速度が近似的に一定であると仮定する。このとき、基準領域C0における初期膜厚dC0Sが領域Ciにおける初期膜厚dCiSに一致するまで研磨するのに必要な研磨時間Δtは、次の式(4)から求められる。
Δt=(dC0S−dCiS)/R ・・・(4)
そこで、上記式(3)で補正された領域Ciにおける研磨時刻tを、さらに次の式(5)を用いて補正する。
←t+Δt ・・・(5)
図12に示す例においては、領域Ciのモニタリング信号の各信号値を時間軸に沿ってΔtだけ平行移動させれば、領域Ciのモニタリング信号の始点である時刻TiSにおける領域C0の膜厚と領域Ciの膜厚は互いに等しいとみなすことができる。さらに、領域C0と領域Ciとの間では平均研磨速度が等しいのであるから、時刻TEにおける膜厚も互いに等しいとみなすことができる。したがって、時刻TX(ただし、TiS≦TX≦TE)における膜厚dC0XとdCiXは互いに等しいとみなせる。
上述のように、領域Ciのモニタリング信号は時間軸に沿ってスケーリングされ、さらに平行移動されるので、領域C0のモニタリング信号と領域Ciの補正後のモニタリング信号は、一般にMax(0,TiS)からMin(TE,TiE+Δti)までの区間においてのみ共に存在する。ここで、Maxは括弧内の大きい方の値を、Minは小さい方の値をとることを示す。図12はdC0S>dCiSの場合の例を示すが、もちろんdC0S<dCiSの場合も有り、その場合には当該領域Ciの研磨開始時刻TiSは負の値となる。
次に、このようにして得られた各領域の基準信号の波形を、必要に応じて平滑化してノイズ成分を低減する(ステップ6)。平滑化の方法としては、移動平均や、より一般的なディジタルフィルタ、多項式回帰を適用することができる。そして、上述のステップ4〜6の工程を繰り返し、全ての領域C1〜C4についての基準信号を定義する。なお、この段階においては、基準信号の各信号値に対する時刻は領域ごとにそれぞれ独立に補正されて一般に異なる値をとるから、各領域の基準信号を補間して、一定の時間間隔の同一時刻に対する基準信号を定義しなおすこともできる。
図12および式(4)から分かるように、初期膜厚dCiSが小さいほど基準信号の始点TiSは図12の右方向に移動する。また、最終膜厚dCiEが大きいほど基準信号の終点TiE+Δtiは図12の左方向に移動する。初期膜厚および最終膜厚は、一般に領域によって異なるから、領域ごとに基準信号を求めた場合、各基準信号の始点および終点は通常一致しない。そこで、次のようにして基準信号を設定する。まず、各領域の初期膜厚を互いに比較し、初期膜厚の最小値Min(dCiS)を求める。同様に、各領域の最終膜厚を互いに比較し、最終膜厚の最大値Max(dCiE)を求める。そして、Min(dCiS)に対応する時刻から、Max(dCiE)に対応する時刻までの区間のモニタリング信号のみを基準信号とする。あるいは、制御時間を長く取れるように、各領域のモニタリング信号を外挿して、より広い区間の基準信号を定義することもできる。
このようにして得られた各領域についての基準信号は、モニタリング装置53の記憶部(例えば、ハードディスク)に格納される。そして、ウェハWを研磨するときは、各領域C1〜C4のモニタリング信号が上記基準信号にそれぞれ収束するように圧力室P1,P2,P3,P4のウェハWに対する押圧力が操作される。なお、以上では圧力室P1〜P4に対応する領域C1〜C4に関して基準信号を設定する例について説明したが、上述したように、モニタリング信号はこれに限らず様々な領域に対して生成できるから、基準信号も、領域C1〜C4に限らずウェハWの表面上の様々な領域に対して定義できる。
上述した本実施形態によれば、同一時刻に同一膜厚を示す基準信号が得られるので、各領域において取得されるモニタリング信号がそれぞれの基準信号に収束するように圧力室P1,P2,P3,P4の圧力を操作すれば、均一な膜厚をねらって研磨することができる。したがって、図7に示すように、ウェハWの周縁部のモニタリング信号が他の領域に比べて極端に小さい場合でも、均一な最終膜厚が得られる。また、基準信号は領域ごとに定義されるので、上述のようにして作成されたそれぞれの基準信号をさらに時間軸に関して適宜平行移動することにより、均一ではない所望の残膜厚のプロファイルを実現することもできる。
たとえば、領域Ciの残膜厚が領域C0よりもΔdCiだけ大きい膜厚プロファイルを実現したい場合、上記式(5)によって領域Ciにおける研磨時刻tを補正した後で、さらに研磨時刻tを次の式(5)’を用いて補正する。
←t+ΔdCi/R ・・・(5)’
換言すれば、式(4)の代わりに次の式(4)’を用いて研磨時刻tを補正する。
Δt=(dC0S−dCiS+ΔdCi)/R ・・・(4)’
ここで、ΔdCi<0なら、領域Ciの残膜厚は領域C0よりも−ΔdCiだけ小さいことになる。
このようにすれば、図12において、領域Ciのモニタリング信号の始点である時刻TiSにおける領域Ciの膜厚は領域C0の膜厚よりΔdCiだけ大きいとみなすことができる。さらに、領域C0と領域Ciとの間では平均研磨速度が等しいのであるから、任意の時刻TX(ただし、図12の例ではTiS≦TX≦TE)における領域Ciの膜厚も領域C0の膜厚よりΔdCiだけ大きいとみなすことができる。したがって、このようにして作成された各領域のモニタリング信号を基準信号として、研磨時において領域ごとに取得されるモニタリング信号がこれらの基準信号に収束するように押圧力を操作すれば、研磨後において領域Ciの膜厚が領域C0の膜厚よりΔdCiだけ大きいという所望のプロファイルを実現することが期待される。
このようにすれば、たとえば最上層が金属膜でその下に絶縁層、さらに配線がある場合に、絶縁層の厚みの分布を知って金属膜の残膜厚の目標プロファイルを定義することにより、配線からの高さが均一になるように研磨を進めることができる。なお、以下では、被研磨膜の残膜厚のプロファイルを均一にする場合を中心にして詳細な説明を進める。
図13は、ウェハ上のある領域のモニタリング信号MSを、これに対して設定された基準信号RSと直線Bとに基づいて、新たなモニタリング信号MSに変換する方法を示したグラフである。ここで、直線Bは、基準信号RSの研磨終点を通る傾き−1の直線である。例えば、図13に示すように、時刻tにおけるモニタリング信号MSの値vが与えられたとき、基準信号RS上で同一の値を有する点Pを求める。そして、この点Pの時刻から基準信号RSの研磨終点までの残り時間Tを求める。この残り時間Tは、図13からわかるように、上記直線Bを参照することにより求められる。求められた時間Tを基に新たなモニタリング信号MSの時刻tにおける信号値vを設定する。例えば、v=Tとなるように信号値vを設定する。あるいは、信号値vを基準信号における研磨開始から研磨終点迄の時間Tで正規化してv=T/Tとしてもよく、このとき直線Bは、時刻0で値1を取り、傾きが−1/Tの直線となる。
基準信号RSに関しても同様の考え方を適用することにすれば、上述した直線Bが変換後のモニタリング信号についての新たな基準信号であると見なせる。この新たな基準信号(直線B)は、基準信号RS上の各点から研磨終点までの残り時間を表わすものであるから、時間に関して線形の単調減少関数になり、制御演算が容易になる。
研磨後の膜厚が均一なプロファイルをねらって制御する場合、ウェハW上の各領域のモニタリング信号に対して、それぞれ設定された基準信号を用いて同様の変換を行えば、変換されたモニタリング信号は対応する基準信号における研磨終点までの残り時間、または、これを正規化した値として表される。ところが、各基準信号は同一時刻で等しい膜厚に対応するものと見なせるから、全ての領域のモニタリング信号は、膜厚を示す指数として相互に単純比較できるようになる。このとき、変換後の基準信号は全て直線Bに一致して一本化される。
また、このようにすれば、多くの場合、変換後の新たなモニタリング信号MSがウェハの被研磨面の膜厚に概ね比例して直線的に変化する。したがって、研磨液やウェハの被研磨面上の配線パターン、下層の影響などにより被研磨面の膜厚値が計測できない場合においても、線形演算で良好な制御性能を得ることが可能になる。図13に示す例では、基準信号RSにおける研磨終点を基準時刻として説明したが、基準信号RSにおける基準時刻は研磨終点に限られるものではない。例えば、基準信号RSが所定の値を取る時刻など、任意に基準時刻を定めることができる。特に、前述のように、残膜厚が非均一なプロファイルになるよう研磨を制御する場合には、基準信号において全ての領域が同時に研磨終点に達することはないから、式(4)’に従い平行移動して作成された各領域の基準信号に対して、時間軸上の一点を共通の基準時刻として定めることになる。このときの変換後の基準信号も、均一プロファイルの場合同様、全て直線Bに一致して一本化される。なお、モニタリング信号値に対応する基準信号値がもともと存在しない区間や、モニタリング信号値が研磨時間とともに変化しない区間においては、変換後の新たなモニタリング信号の値は不定になる。このような場合には制御を休止し、トップリングの押圧力等の設定値としては従来値を維持すればよい。また、図13において、基準信号は研磨終点に達するまで存在している。これは、基準ウェハを研磨終点を過ぎるまで研磨し、モニタリング信号に基づいて研磨終点を検知し、このときの膜厚を0として基準信号を定義したためである。
図14は、上述のようにして変換された基準信号の適用方法の例を示すグラフである。図14においては、研磨開始時点または制御開始時点に、研磨終点までの研磨時間が所望の値になるように、基準信号RSを時間軸に沿って平行移動して新たな基準信号RSを設定している。なお、研磨開始時点または制御開始時点において、基準信号RSの研磨終点までの研磨時間が所望の値であれば、基準信号RSの平行移動量を0としてよい。
その後、時間軸に関して基準信号RSを固定し、モニタリング信号MS,MS,MS及び図示しないその他の領域のモニタリング信号が、基準信号RSに収束するように制御を行なう。このようにすれば、ある領域の変換前のモニタリング信号の値が同一膜厚時に他の領域と異なっていても、初期の膜厚プロファイルにかかわらず面内均一性を向上させることができるだけでなく、ウェハ間で初期膜厚にばらつきがあっても、あるいは研磨パッド等の装置の状態に変化があっても、研磨終点までの時間が所定の値になることが期待できる。このように、研磨時間を一定にできれば、研磨装置内でウェハを予想可能な概ね一定の周期で搬送することが可能になる。したがって、研磨時間の長いウェハに左右されて搬送が遅れてしまうようなことがなく、スループットが向上する。
図15は、基準信号の適用方法のさらに他の例を示すグラフである。図15においては、研磨開始時点または制御開始時点に、各領域のモニタリング信号値を平均化した値avが基準信号と一致するように、基準信号RSを時間軸に沿って平行移動して新たな基準信号RSを設定する。ここで、モニタリング信号値の平均化の方法は、ウェハの研磨の進捗状況を代表するような値を得るものであればどのような方法であってもよく、例えば、算術平均または加重平均を算出する方法、中央値を取る方法であってもよい。
その後、時間軸に関して基準信号RSを固定し、モニタリング信号MS,MS,MS及び図示しないその他の領域のモニタリング信号がこの基準信号RSに収束するように制御を行なう。このようにすれば、ある領域のモニタリング信号の値が同一膜厚時に他の領域と異なっていても、図14に示した例に比べて、ウェハWの各領域C1〜C4に対する押圧力等の操作量を極端に変化させる必要がなく、安定した研磨を行うことが期待できる。また、研磨開始後または制御開始後の研磨時間が、基準信号取得時に同一膜厚から研磨した場合の研磨時間と等しくなることが期待され、初期の膜厚プロファイルにかかわらず面内均一性を向上させることができるだけでなく、研磨パッド等の装置の状態にかかわらず平均的な研磨レートを実現することができる。
図16は、基準信号の適用方法のさらに他の例を示すグラフである。図16においては、所定の周期で、各領域のモニタリング信号を平均化した値が基準信号RSと一致するように、基準信号RSを時間軸に沿って平行移動する。例えば、モニタリング信号を平均化した値av,av,avに一致するように、基準信号RSをそれぞれ平行移動し、新たな基準信号RS,RS,RSをそれぞれ設定する。そして、各領域のモニタリング信号が、この時々刻々平行移動して設定される基準信号に収束するように、ウェハの各領域C1〜C4に対する押圧力等を操作する。このようにすると、ある領域のモニタリング信号の値が同一膜厚時に他の領域と異なっていても、初期のウェハの各領域C1〜C4の押圧力が概ね妥当な範囲にある場合、ある時点においてある領域の押圧力が増加方向になれば、別の領域の押圧力は減少方向になる。したがって、本実施形態には、研磨時間や研磨レートを調整する機能はないが、操作量の変化を小さくして安定した研磨を行なうことができる。さらに、初期の膜厚プロファイルにかかわらず優れた面内均一性を達成することができる。
また、このような場合には特に、ブランケットウェハを基準ウェハとして作成した基準信号を用いてパターンウェハの研磨を制御しても、良好な結果を得ることができる。ここで、ブランケットウェハとは、ウェハ上に1種以上の材料が均一の厚みに成膜されたウェハであって、所謂パターンが形成されていないものをいう。一般に、パターンウェハの研磨においては、研磨レートはブランケットウェハとは異なり、被研磨面の凹凸が解消される前と後で異なる。また、被研磨膜が金属膜でセンサが渦電流センサであるとすれば、表面の凹凸が解消される前後で膜厚に対するモニタリング信号の変化速度も異なる。しかしながら、上記の方法で制御するのは膜厚のプロファイルであって研磨レートを調節する機能はないため、そのような研磨レートやモニタリング信号の変化速度の違いに関わらず、良好な制御性能を期待できる。
パターンウェハにおいては膜厚が小さいと膜厚の測定は困難であり、また、研磨対象の製品ウェハの種類が変わる度に事前にこれを研磨して基準信号を作成することは、煩雑であるだけでなく製品ウェハを無駄にすることになる。したがって、ブランケットウェハによる基準信号を適用してパターンウェハの研磨を制御できることには実用上大きな意味がある。
図15および図16では、研磨開始時または所定の周期においてモニタリング信号を平均化した値に基準信号が一致するように平行移動した例を説明したが、モニタリング信号を平均化した値以外の値を基準として基準信号を平行移動することもできる。例えば、ウェハの所定の領域のモニタリング信号を基準として基準信号を平行移動してもよい。すなわち、研磨開始時において、基準信号が研磨開始時の所定の領域のモニタリング信号に一致するように基準信号を平行移動してもよく、研磨工程中においても、基準信号がその時刻における所定の領域のモニタリング信号に一致するように基準信号を平行移動してもよい。
以上に示したように、研磨対象ウェハに対して基準ウェハを適当に定めて基準信号を定義し、これに基づいて押圧力を操作することにすれば、研磨中時々刻々のウェハ各部位のモニタリング信号と膜厚との関係を個々に定めるという煩雑な操作なしに、容易に膜厚プロファイルの制御が可能である。
図17は、研磨後の膜厚プロファイルが均一になることをねらって、本実施形態の方法で基準信号を作成して研磨を行った場合の研磨前後の径方向膜厚分布を示すグラフである。制御研磨(本実施形態の研磨方法)においては、領域ごとのモニタリング信号が各基準信号に収束するように押圧力を操作した。一方、非制御研磨においては、制御研磨時の初期押圧力と等しい押圧力を一定でウェハに与えた。図17から、ウェハの周縁部を含めて良好な残膜厚均一性が得られることが分かる。
図18は非制御研磨におけるモニタリング信号の推移を示すグラフであり、図19は制御研磨におけるモニタリング信号の推移を示すグラフである。図18に示すように、非制御研磨では、ウェハ面上の3領域(中心部、内側中間部、外側中間部)でのモニタリング信号の値が異なっている。これに対し、制御研磨では、図19に示すように、モニタリング信号が一つの値に概ね収束している様子が分かる。ウェハの周縁部に関しては、前述した理由でモニタリング信号値が他の領域から大きく離れているため、図から収束性を視覚的に確認することは出来ない。しかしながら、実際には、ウェハの周縁部においても補正された基準信号に沿って研磨制御が行われるので、図17に示すように周縁部を含む全ての領域において均一な膜厚が得られている。
図20は、本発明に係る制御演算方法の一例を説明するためのグラフである。図20においては、図13を参照して説明したモニタリング信号の変換方法が用いられている。研磨開始後の時刻tにおける新しい基準信号ys(t)は、以下の式(X)で表される。
ys(t)=T−t ・・・(6)
上記式(6)において、Tは基準信号における研磨開始から研磨終点までの時間である。
ここで、Tが、基準信号を上述した3通りのうちの前2通りのいずれかの方法で時間軸に関して平行移動した基準信号に対するもの(図14、図15参照)であるとする。図16に示す例の場合には、右辺はその時点の各領域のモニタリング信号を平均化した値になる。このとき、tを所定の時間として、時刻tからt経過後のウェハの各領域におけるモニタリング信号の予測値y(t,t)は、以下の式(7)で表される。
(t,t
=y(t)+t・{y(t)−y(t−Δt)}/Δt ・・・(7)
上記式(7)において、y(t)は時刻tにおけるモニタリング信号、Δtはモニタリング信号の時間変化に対する傾きを算出するために定められた時間である。
このとき、時刻tからt経過後のモニタリング信号の予測値の、基準信号に対する不一致度D(t,t)を以下の式(8)のように定義する。
D(t,t)=−{y(t,t)−y(t+t)}/t ・・・(8)
式(8)で表される不一致度Dが正であればモニタリング信号が基準信号に対して進み気味であることを意味し、負であれば遅れ気味であることを意味する。
図20に示すように、基準信号が直線であるとき、周期Δtの各時点において、常にモニタリング信号の予測値が基準信号に一致すれば、モニタリング信号は基準信号に漸近し収束することが期待される。そこで、例えば、図21のように、裏面に押圧力u3が加えられるウェハの領域C3の不一致度をD3、領域C3に隣接する領域C2,C4の不一致度をそれぞれD2,D4として、押圧力u3の変化量Δu3を決定することを考える。図22は、このような押圧力u3の変化量Δu3を決定するためのファジィルールの一例である。また、図23は、図22のファジィルールに、さらにウェハと摺動した直後の研磨パッドの部位の温度Tを考慮した場合のファジィルールの一例である。図22および図23において、“S”は「小さい」、“B”は「大きい」、“PB”は「大きく増やす」、“PS”は「少し増やす」、“ZR”は「変えない」、“NS”は「少し減らす」、“NB”は「大きく減らす」を意味する。
図22のファジィルールに示すように、押圧の変化量Δu3は、対応する領域C3の不一致度D3や押圧力u3自体が小さいほど大きく増加させ、また、領域C3と隣り合う領域C2,C4の不一致度D2,D4が小さい場合にも増やす方向に調整する。互いに独立なその他の領域の押圧力、これに対応する領域の不一致度、押圧力の変化量に対しても、それぞれ同様な考え方でファジィルールを定めれば、押圧力を極端に大きい値または小さい値に変更することなく、すべての不一致度が零に収束するように制御を行うことができる。
また、図23に示す例では、多くの場合、研磨パッドの温度が高いほど研磨レートが上昇し、これによりさらに温度が上昇し易いことを考慮して、研磨パッドの温度Tが低いほど押圧力u3の変化量Δu3を大きく、温度Tが高いほど変化量Δu3を小さく設定している。
なお、適用できるファジィルールは図22および図23に示したものに限られるものではなく、系の特性に応じて任意に定義することができる。また、前件部変数、後件部変数に対するメンバシップ関数や論理積法、含意法、集積法、非ファジィ化法等の推論の方法も適宜選択して用いることができる。例えば、後件部のメンバシップ関数を適当に設定すれば、押圧力の変化量Δu3を調節することができるし、このようにして求められた押圧力u3や変化量Δu3にさらに上下限の制約を定めることも可能である。さらに、モニタリング信号、あるいは、不一致度を定義する領域も、上述のC1〜C4に限られるものではなく、たとえば、その境界部に、それぞれ、1乃至2個の領域を追加してよりきめの細かい制御を行うことも可能である。
また、上の例で、元の基準信号やモニタリング信号が時間に関してある程度線形に近ければ、図13を用いて説明したモニタリング信号の研磨時間に関する値への変換は必ずしも必要ない。モニタリング信号の時間変化をグラフに表わしたときにその曲率が小さい場合、図20と同様にして、式(7)により求めた時間t後のモニタリング信号の予測値がつねに基準信号ys(t)に一致すれば、モニタリング信号が次第に基準信号に近づき、良好な制御が行われるものと期待される。モニタリング信号を時間に関する値に変換しない場合、図15または図16を用いて説明した基準信号の平行移動においては、例えばウェハ周縁部を含む領域やSUS部品の影響でモニタリング信号が大きく異なる領域を除いて、平行移動の基準となる平均化された値を求めればよい。
上述した例では、不一致度の予測値を求めて推論を行う予測型のファジィ制御を利用している。センサがウェハの被研磨面の情報を取り込んでから実際に押圧力が完全に新しい値に置き換わって研磨状態が変化し、センサの出力値が完全に変わるまでには、センサからモニタリング装置への出力信号の転送、モニタリング信号への変換と平滑化、押圧力の演算、制御部への転送、圧力調整部への指令、押圧機構(圧力室)の動作など多くのステップが必要とされる。したがって、操作量の変更が完全に信号波形に反映されるまでには、通常1、2秒から10秒程度を要する。このように応答遅れの影響を抑えて効果的な制御を行うために、予測型の制御は有効である。
予測型の制御の方法としては、上述したファジィ制御だけではなく、例えば、適当な数学モデルを定義してモデル予測制御を行ってもよい。上述した応答遅れを含めてモデル化することにすれば、更なる制御性能の向上を期待することができる。なお、このような系においては、制御周期を短くしても、モニタリング信号に操作量の変化が十分に反映される前に次の操作を行ってしまうことになり、意味がないだけでなく、不要な操作量の変化やこれによる信号値の変動を引き起こしてしまうおそれがある。一方、研磨時間は、通常数十秒から数百秒程度であるから、制御周期を長くし過ぎると面内均一性が達成される前に研磨終点に達してしまう。したがって、制御周期は1秒以上10秒以下であることが好ましい。
なお、押圧力を操作しながら対象ウェハを研磨する場合、同時に、金属膜が除去される時点、あるいは、所定の閾値に達する時点をモニタリング信号から検知することで、研磨終点(研磨条件を切り替える点を含む)を検知することができる。
また、領域C1(ウェハの中心部)と領域C4(ウェハの周縁部)の2領域についてのみ上述のような基準信号を定義してもよい。この場合は、領域C1と領域C2,C3(内側中間部および外側中間部)の制御に際しては領域C1の基準信号を用いる。好ましくは、上述のように、ウェハ面の全領域についてそれぞれ基準信号を定義して、研磨時に各領域にそれぞれ対応する基準信号を用いることにしてもよい。このようにすれば、単にウェハの周縁部でのモニタリング信号変化の影響を排除するだけでなく、SUSフランジなど、導電性あるいは磁性を有する部品がトップリングにあって渦電流センサによるモニタリング信号に影響を及ぼす場合にも、その影響を排除して良好な制御性能を得ることができる。
なお、基準信号を定義する過程で、基準ウェハの研磨中は各領域の研磨速度が一定であるとの仮定をおいてモニタリング信号のスケーリングや平行移動を行っているが、研磨時間が十分に長く初期膜厚や研磨速度が領域間で極端に異ならないならばスケーリングや平行移動の量は小さく、モニタリング信号による膜厚プロファイルの把握に関して実用性を損なうことはない。
上述の実施形態では、研磨の進行に伴ってモニタリング信号が単調減少する場合を示したが、モニタリング信号が単調増加する場合にも本発明を適用することができる。例えば、センサ50としてインピーダンスタイプの渦電流センサを用いる場合、特開2005−121616号公報に開示されている次の方法を適用することもできる。
図1に示すように、ウェハWの表面に存在する導電性膜は、研磨テーブル12に埋め込まれたセンサ(渦電流センサ)50から研磨パッド10を介して測定される。この場合、センサ50とその導電性膜との間の隙間は、これらの間に介在する研磨パッド10の厚さに応じて変化することになる。この結果、例えば、図24に示すように、使用する研磨パッド10の厚さ(t1〜t4)分の隙間(ギャップ)Gに応じて、信号成分Xおよび信号成分Yの円弧軌跡が変動する。このことから、この信号成分Xあるいは信号成分Yの円弧軌跡から半導体ウェハWの導電性膜の膜厚を高精度に測定するには、使用する研磨パッドの厚さ毎に(研磨パッドの使用前毎にでもよい)、既知の膜厚での信号成分Xおよび信号成分Yの測定情報を準備してから、測定対象の導電性膜の膜厚を測定する必要がある。
しかるに、渦電流センサによる信号成分Xおよび信号成分Yの測定結果からは、図24に示すように、センサコイル端部と導電性膜との間の隙間Gにかかわらずに、X成分およびY成分の導電性膜の膜厚毎の出力値を直線(r1〜r3)で結ぶと、その直線が交差する交点(中心点)Pを取得することができる。この予備測定直線rn(n:1,2,3…)は、その交点Pを通過する信号成分Yが一定の基準線(図24における水平線)Lに対して、導電性膜の膜厚に応じた仰角θで傾斜する。
このことから、半導体ウェハWの導電性膜を研磨する研磨パッドの厚さが不明の場合であっても、研磨する導電性膜の信号成分Xおよび信号成分Yの測定結果(出力値)と中心点Pを結ぶ測定直線rnの基準線Lに対する仰角θを求めれば、予め予備測定済みの導電性膜の膜厚に応じた仰角θの変化傾向などとの相関関係に基づいてその測定対象の導電性膜の膜厚を導出することができる。ところが、残膜厚均一性の制御のためには、必ずしも膜厚絶対値を知る必要はなく、ウェハWの径方向の膜厚を相対的に捉えられればよい。したがって、単に仰角θをモニタリング信号とすればよいことになる。なお、基準線Lは、リアクタンス成分Xを一定とする図24における垂直線としてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 12 having a polishing pad 10 affixed on its upper surface, and a top ring 14 that holds a wafer that is an object to be polished and presses it against the upper surface of the polishing pad 10. ing. The upper surface of the polishing pad 10 constitutes a polishing surface that is in sliding contact with a wafer that is an object to be polished.
The polishing table 12 is connected to a motor (not shown) disposed below the polishing table 12 and is rotatable about its axis as indicated by an arrow. Further, a polishing liquid supply nozzle (not shown) is installed above the polishing table 12, and the polishing liquid is supplied onto the polishing pad 10 from the polishing liquid supply nozzle.
The top ring 14 is connected to a top ring shaft 18, and is connected to a motor and a lifting cylinder (not shown) via the top ring shaft 18. As a result, the top ring 14 can be raised and lowered and rotated about the top ring shaft 18. On the lower surface of the top ring 14, a wafer as an object to be polished is sucked and held by a vacuum or the like.
In the above-described configuration, the wafer held on the lower surface of the top ring 14 is pressed against the polishing pad 10 on the upper surface of the rotating polishing table 12. At this time, the polishing liquid is supplied onto the polishing pad 10 from the polishing liquid supply nozzle, and the wafer is polished in a state where the polishing liquid exists between the polishing surface (lower surface) of the wafer and the polishing pad 10.
FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of the top ring shown in FIG. As shown in FIG. 2, the top ring 14 includes a substantially disc-shaped top ring main body 31 connected to the lower end of the top ring shaft 18 via a universal joint portion 30, and a retainer disposed below the top ring main body 31. And a ring 32. The top ring body 31 is made of a material having high strength and rigidity such as metal or ceramics. The retainer ring 32 is made of a highly rigid resin material or ceramics. Note that the retainer ring 32 may be formed integrally with the top ring main body 31.
In a space formed inside the top ring main body 31 and the retainer ring 32, there is an elastic pad 33 that contacts the wafer W, an annular pressure sheet 34 made of an elastic film, and a substantially disk shape that holds the elastic pad 33. The chucking plate 35 is accommodated. The upper peripheral end of the elastic pad 33 is held by a chucking plate 35, and four pressure chambers (airbags) P1, P2, P3, and P4 are provided between the elastic pad 33 and the chucking plate 35. Yes. These pressure chambers P1, P2, P3, and P4 are supplied with pressurized fluid such as pressurized air through fluid passages 37, 38, 39, and 40, respectively, or are evacuated. The central pressure chamber P1 is circular, and the other pressure chambers P2, P3, P4 are annular. These pressure chambers P1, P2, P3, and P4 are arranged concentrically.
The internal pressures of the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 can be changed independently from each other by a pressure adjusting unit (not shown), whereby four regions of the wafer W, that is, the central portion C1 and the inner intermediate portion. The pressing force on C2, the outer intermediate portion C3, and the peripheral portion C4 can be adjusted almost independently (of course, more precisely, the pressure chamber is affected to some extent by other regions such as adjacent regions). Further, by raising and lowering the entire top ring 14, the retainer ring 32 can be pressed against the polishing pad 10 with a predetermined pressing force. A pressure chamber P5 is formed between the chucking plate 35 and the top ring main body 31, and a pressurized fluid is supplied to the pressure chamber P5 via the fluid passage 41, or a vacuum is drawn. Yes. As a result, the entire chucking plate 35 and the elastic pad 33 can move in the vertical direction. A retainer ring 32 is provided around the wafer W to prevent the wafer W from jumping out of the top ring 14 during polishing.
As shown in FIG. 1, a sensor 50 for monitoring (detecting) the film state of the wafer W is embedded in the polishing table 12. This sensor 50 is connected to a monitoring device 53, and this monitoring device 53 is connected to a CMP controller 54. An eddy current sensor can be used as the sensor 50. The output signal of the sensor 50 is sent to the monitoring device 53, and the monitoring device 53 performs necessary conversion / processing (calculation processing) on the output signal (sensing signal) of the sensor 50 to generate a monitoring signal.
The monitoring device 53 also functions as a control unit that operates the internal pressure of each pressure chamber P1, P2, P3, P4 based on the monitoring signal. That is, the monitoring device 53 determines the force with which the top ring 14 presses the wafer W based on the monitoring signal, and transmits this pressing force to the CMP controller 54. The CMP controller 54 issues a command to a pressure adjusting unit (not shown) so as to change the pressing force of the top ring 14 against the wafer W. The monitoring device 53 and the control unit may be separate devices, or the monitoring device 53 and the CMP controller 54 may be integrated into a single control device.
FIG. 3 is a plan view showing the relationship between the polishing table 12 and the wafer W. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the sensor 50 has a center C of the wafer W being polished held by the top ring 14. W It is installed at a position that passes through. Code C T Is the center of rotation of the polishing table 12. For example, while the sensor 50 passes under the wafer W, the sensor 50 continuously increases in accordance with the film thickness of the conductive film such as a Cu layer of the wafer W or a change in film thickness on the trajectory (scanning line). Alternatively, a decreasing amount can be detected.
FIG. 4 shows a trajectory that the sensor 50 scans on the wafer W. That is, the sensor 50 scans the surface (surface to be polished) of the wafer W every time the polishing table 12 rotates, but when the polishing table 12 rotates, the sensor 50 generally has a center C of the wafer W. W The trajectory passing through (the center of the top ring shaft 18) is drawn, and the surface to be polished of the wafer W is scanned. Since the rotation speed of the top ring 14 and the rotation speed of the polishing table 12 are usually different, the trajectory of the sensor 50 on the surface of the wafer W is the scanning line SL as the polishing table 12 rotates as shown in FIG. 1 , SL 2 , SL 3 , ... and changes. Even in this case, as described above, the sensor 50 has the center C of the wafer W. W The locus drawn by the sensor 50 is the center C of the wafer W every time. W Pass through. In this embodiment, the timing of measurement by the sensor 50 is adjusted, and the center C of the wafer W is adjusted by the sensor 50. W Is always measured every time.
The film thickness profile after polishing of the wafer W is the center C of the wafer W. W It is known that the axis is generally subject to an axis that passes through and is perpendicular to the surface. Therefore, as shown in FIG. 4, the mth scanning line SL m MP above the nth measurement point mn The nth measurement point MP in each scanning line 1-n , MP 2-n , ..., MP mn By tracking the monitoring signal for, the transition of the film thickness of the wafer W at the radial position of the nth measurement point can be monitored.
In FIG. 4, the number of measurement points in one scan is 15 for simplification. However, the number of measurement points is not limited to this, and can be various values depending on the measurement cycle and the rotation speed of the polishing table 12. When an eddy current sensor is used as the sensor 50, there are usually 100 or more measurement points on one scanning line. When the number of measurement points is increased in this way, one of the measurement points becomes the center C of the wafer W. W The center C of the wafer W described above W It is not necessary to adjust the measurement timing for.
FIG. 5 is a plan view showing an example of selecting measurement points to be monitored by the monitoring device 53 from the measurement points on the wafer W shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, measurement points MP at positions corresponding to the vicinity of the center and the vicinity of the boundary lines of the regions C1, C2, C3, and C4 where the pressing forces are independently operated. m-1 , MP m-2 , MP m-3 , MP m-4 , MP m-5 , MP m-6 , MP m-8 , MP m-10 , MP m-11 , MP m-12 , MP m-13 , MP m-14 , MP m-15 Monitoring. Here, unlike the example shown in FIG. mi And MP m- (i + 1) There may be another measurement point between and. Note that the selection of measurement points to be monitored is not limited to the example shown in FIG. 5, a point to be controlled on the surface to be polished of the wafer W can be selected as a measurement point to be monitored, and all the points on the scanning line can be selected. It is also possible to select a measurement point.
The monitoring device 53 performs a predetermined calculation process on the output signal (sensing signal) of the sensor 50 at the selected measurement point to generate a monitoring signal. Further, the monitoring device 53, based on the generated monitoring signal and a reference signal described later, corresponds to the pressure chambers P1, P2, P3 in the top ring 14 corresponding to the regions C1, C2, C3, C4 of the wafer W. , P4 pressures are calculated. That is, the monitoring device 53 compares the monitoring signal acquired for the measurement point selected as described above with the reference signal set for each measurement point in advance, and each monitoring signal converges to the respective reference signal. Therefore, the optimum pressure value of the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 is calculated. The calculated pressure value is transmitted from the monitoring device 53 to the CMP controller 54, and the CMP controller 54 changes the pressure in the pressure chambers P1, P2, P3, and P4. In this way, the pressing force for each region C1, C2, C3, C4 of the wafer W is adjusted.
Here, in order to eliminate the influence of noise and smooth the data, a signal obtained by averaging monitoring signals for nearby measurement points may be used. Alternatively, the center of the surface of the wafer W is C W Is divided into a plurality of regions concentrically according to the radius from, and the average value or representative value of the monitoring signal for the measurement points in each region is obtained, and this average value or representative value is used as a new monitoring signal for control. It may be used. Here, at each time point during polishing, C at each measurement point W If the distance between the top ring 14 and the top ring 14 is determined, the top ring 14 is arranged in the radial direction of the polishing table 12 or when the top ring 14 is being polished. It is also possible to effectively cope with the case of swinging around the center. Since each measurement point actually has an area corresponding to the effective diameter measurement range of the sensor, the monitoring signal represents the state of a plurality of regions on the substrate in all the above cases. I can say that.
FIG. 6 is a diagram illustrating an effective measurement range of the sensor at each measurement point. When an eddy current sensor is used as the sensor 50, the effective measurement range on the wafer W is determined according to the size of the coil in the sensor 50, the effective range spread angle, and the distance from the sensor 50 to the wafer W. And the sensor 50 will acquire the information in the range shown with the dotted line of FIG. 6 in each measurement point. However, when the state of the peripheral edge of the wafer W is to be measured, a part of the effective measurement range of the sensor 50 protrudes from the surface to be polished of the wafer W (measurement point MP in FIG. 6). m-1 , MP m-N reference). In such a case, as shown in FIG. m-1 , MP m-N The monitoring signal corresponding to is greatly different from the monitoring signal in other regions, and the film thickness cannot be properly evaluated. A similar thing may occur depending on conditions for sensors other than eddy current sensors. In FIG. 7, the point at which the respective monitoring signals change from decreasing to constant at the end of the polishing time represents the polishing end point (at the time when the metal film is completely removed).
Therefore, in this embodiment, as a method for dealing with the problem that the monitoring signal value varies depending on the region on the wafer W even with the same film thickness, a reference signal is set for each of the regions C1 to C4 of the wafer W. This reference signal is a value (reference value) that serves as an index of the monitoring signal at each time point during polishing (polishing time point) in order to realize a desired film thickness profile (for example, a profile with a uniform film thickness after polishing). It can be expressed as a graph showing the relationship between the polishing time and the value of the desired monitoring signal at the polishing time. In this embodiment, a wafer of the same type as the wafer to be polished (hereinafter referred to as a reference wafer) is polished in advance, and each region C1 to C4 distributed in the radial direction of the wafer W based on the monitoring signal at this time. Create a reference signal for.
Here, if the pressing force for each region is operated in order to make the film thickness in the radial direction of the wafer uniform, the reference signal set for each region corresponds to the same film thickness at the same time. Must be a thing. In other words, if a reference signal that can be considered to correspond to the same film thickness at the same time is prepared for each region, and if the pressing force is operated so that the monitoring signal acquired for each region converges to these reference signals, each region The wafer W can be polished so that the film thickness at is uniform.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of polishing a reference wafer and creating a reference signal for each region based on the monitoring signal at this time. First, a wafer of the same type as the wafer to be polished, that is, a reference wafer is prepared. Then, as shown in FIG. 8, the film thickness distribution in the radial direction of the reference wafer before polishing is measured, and the representative film thickness before polishing of each of the regions C1 to C4 is acquired (step 1). Here, the same type of wafer means that the polishing rate (Removal Rate) at each time point during polishing is substantially equal to the wafer to be polished, and the monitoring signal acquired when the film thickness is the same is approximately equal to the wafer to be polished, and The film forming range at the wafer peripheral portion is substantially equal to the wafer to be polished. For example, in the eddy current sensor, the material of the film to be polished (metal film) of the reference wafer must be basically the same type as the film to be polished of the wafer to be polished. Also, if the resistance of the wafer to be polished is so small that it cannot be ignored compared to the resistance of the metal film and affects the monitoring signal during polishing, the resistance of the reference wafer should be approximately equal to the resistance of the wafer to be polished. I must. However, the reference wafer does not necessarily have to be exactly the same specification as the wafer to be polished. For example, when the polishing rate of the reference wafer is significantly different from the polishing rate of the wafer to be polished, the apparent polishing is performed by scaling (stretching or reducing) the monitoring signal when the reference wafer is polished with respect to the time axis. The speed can be adjusted and used for controlling the wafer to be polished. In order to allow sufficient control time, the initial film thickness of the reference wafer is preferably equal to or larger than the initial film thickness of the wafer to be polished. Even when the thickness is smaller, the polishing control is possible only by shortening the control time described later.
After obtaining the film thickness distribution of the reference wafer, the reference wafer is polished, and monitoring signals in the regions C1 to C4 are obtained (step 2). While the reference wafer is being polished, the pressures in the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 with respect to the regions C1 to C4 are constant (invariable). However, the pressures in the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 do not need to be equal to each other. Further, during polishing of the reference wafer, other polishing conditions such as the polishing pad 10, the polishing liquid, the rotation speed of the polishing table 12, and the rotation speed of the top ring 14 are basically constant. Preferably, the polishing conditions for polishing the reference wafer are the same as or similar to those for polishing the wafer to be polished.
After a predetermined time has elapsed, the polishing of the reference wafer is terminated. And the film thickness of the to-be-polished film on the reference | standard wafer after grinding | polishing is measured, and the representative film thickness after grinding | polishing of each area | region C1-C4 is acquired (step 3). When the film to be polished is a metal film, the polishing is stopped before the metal film is removed. This is because the measurement of the film thickness after polishing by the sensor 50 is assured and when the metal film is removed, the polishing rate changes greatly, and an accurate reference signal cannot be obtained. However, it is also possible to obtain the time point at which the metal film in each region of the wafer W is removed from the monitoring signal, and to create a reference signal with the film thickness at this time being 0. In this case, the metal film is completely Polish the reference wafer until it is removed.
As will be described later, in this embodiment, processing such as scaling and parallel movement is performed on the acquired monitoring signal of each region of the reference wafer to create a reference signal that allows the film thickness of each region to be uniform at each time point. Therefore, the film thickness is not necessarily uniform in polishing the reference wafer. However, since there is a problem in grasping the steep film thickness profile by the sensor, it can be expected that a more accurate reference signal is obtained as the film thickness in the reference wafer radial direction before and after polishing is uniform.
In general, when there is local unevenness in the film thickness profile of the wafer, if this unevenness is smaller than the effective measurement range of the sensor, the sensor cannot output a signal that accurately reflects the shape of the unevenness. For example, as shown in FIG. 9A, it is assumed that there is a steep convex portion at point a on the wafer. Since the effective measurement range of the sensor has a certain size, the sensor does not output a value corresponding to the peak film thickness of this convex part, but a signal corresponding to the film thickness averaged within the effective measurement range. A value will be output. Therefore, in the film thickness measurement before and after polishing the reference wafer, it is preferable to average the measurement values acquired in the region corresponding to the effective measurement range of the sensor 50 to obtain the film thickness value at the center point of this region. The film thickness distribution obtained in this manner is shown in FIG. 9B. 9A and 9B, black points on the graphs indicate measurement points of the sensor 50.
Next, in steps 4 and 5 (see FIG. 8), the reference signal is corrected so that each reference signal can be regarded as corresponding to the same film thickness at the same time.
FIG. 10 is an example of a monitoring signal when the reference wafer is polished. In general, the value of the monitoring signal (and sensor signal) does not indicate the film thickness itself, but the value of the monitoring signal and the film thickness have a certain relationship. However, as described above, even if the film thickness is the same, the monitoring signal acquired at the periphery of the wafer W is smaller than the monitoring signal at the other region, and is obtained due to the influence of the conductive material or the like. May not show the value that should be originally obtained. Therefore, the film thickness before and after polishing measured in steps 1 and 3 is assigned to the monitoring signal, thereby associating the monitoring signal with the film thickness. Specifically, as shown in FIG. 10, the film thickness d before and after polishing of the reference region C0. C0 S, d C0 E is allocated to the start point and end point of the monitoring signal in the reference area C0. Similarly, the film thickness d before and after polishing of the area Ci other than the reference area Ci S, d Ci E is assigned to the start point and end point of the monitoring signal in the area Ci. As the reference region C0, for example, a region C1 including the center portion of the wafer can be selected.
FIG. 11 is a diagram for explaining the scaling with respect to the time axis of the monitoring signal. In step 4, the monitoring signal is scaled along the time axis so that the average polishing rates of the regions C1 to C4 are the same. Here, the scaling means that the monitoring signal is expanded or reduced along the time axis.
It is assumed that the polishing time when the reference wafer is previously polished is TE. At this time, the average polishing rate R in the reference region C0 is expressed by the following equation (1).
R = (d C0 S-d C0 E) / TE (1)
Therefore, the correction polishing time for the region Ci is set so that the average polishing rate of the region Ci is equal to the average polishing rate of the reference region C0.
T i E = (d Ci S-d Ci E) / R (2)
far.
Then, the original polishing start time is set to 0, and the time t corresponding to each signal value of the monitoring signal in the area Ci. i Is corrected as shown in the following equation (3).
t i ← t i × T i E / TE (3)
In the above formula (3), the symbol “←” represents replacement.
In FIG. 11, d Ci S-d Ci E> d C0 S-d C0 An example in the case of E is shown.
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of translating the monitoring signal scaled along the time axis in this way and further translating along the time axis, and is a diagram for explaining step 5 in FIG. In this step 5, an operation of aligning the initial film thickness in each region is performed.
Now, it is assumed that the polishing rate is approximately constant in each of the regions C1 to C4 at each time point during polishing of the reference wafer. At this time, the initial film thickness d in the reference region C0 C0 S is the initial film thickness d in the area Ci Ci Polishing time Δt required for polishing until S matches i Is obtained from the following equation (4).
Δt i = (D C0 S-d Ci S) / R (4)
Therefore, the polishing time t in the area Ci corrected by the above equation (3). i Is further corrected using the following equation (5).
t i ← t i + Δt i ... (5)
In the example shown in FIG. 12, each signal value of the monitoring signal in the area Ci is expressed by Δt along the time axis. i If the movement is performed only by the parallel movement, the film thickness of the area C0 and the film thickness of the area Ci at the time TiS, which is the start point of the monitoring signal of the area Ci, can be regarded as being equal to each other. Furthermore, since the average polishing rate is the same between the region C0 and the region Ci, the film thicknesses at the time TE can be regarded as being equal to each other. Therefore, the film thickness d at time TX (where TiS ≦ TX ≦ TE) C0 X and d Ci X can be considered equal to each other.
As described above, since the monitoring signal of the area Ci is scaled along the time axis and further translated, the monitoring signal of the area C0 and the monitoring signal after correction of the area Ci are generally from Max (0, TiS). Both exist only in the section up to Min (TE, TiE + Δti). Here, Max indicates a larger value in parentheses, and Min indicates a smaller value. Figure 12 shows d C0 S> d Ci An example of S is shown, of course d C0 S <d Ci In some cases, the polishing start time TiS of the region Ci is a negative value.
Next, the waveform of the reference signal of each region obtained in this way is smoothed as necessary to reduce the noise component (step 6). As a smoothing method, a moving average, a more general digital filter, or polynomial regression can be applied. And the process of the above-mentioned step 4-6 is repeated, and the reference signal about all the area | regions C1-C4 is defined. At this stage, the time for each signal value of the reference signal is corrected independently for each region and generally takes a different value. Therefore, the reference signal for each region is interpolated and the time for the same time at a fixed time interval is obtained. It is also possible to redefine the reference signal.
As can be seen from FIG. 12 and Equation (4), the initial film thickness d Ci As S is smaller, the starting point TiS of the reference signal moves to the right in FIG. The final film thickness d Ci As E increases, the end point TiE + Δti of the reference signal moves to the left in FIG. Since the initial film thickness and the final film thickness generally vary depending on the region, when the reference signal is obtained for each region, the start point and the end point of each reference signal usually do not match. Therefore, the reference signal is set as follows. First, the initial film thickness in each region is compared with each other, and the minimum value Min (d Ci S). Similarly, the final film thickness in each region is compared with each other, and the maximum value Max (d Ci E). And Min (d Ci From the time corresponding to S), Max (d Ci Only the monitoring signal in the section up to the time corresponding to E) is used as the reference signal. Alternatively, it is also possible to define a reference signal in a wider section by extrapolating the monitoring signal in each region so that the control time can be extended.
The reference signal for each area obtained in this way is stored in a storage unit (for example, a hard disk) of the monitoring device 53. When polishing the wafer W, the pressing force of the pressure chambers P1, P2, P3, and P4 on the wafer W is manipulated so that the monitoring signals in the regions C1 to C4 converge on the reference signal. In addition, although the example which sets a reference signal regarding the area | regions C1-C4 corresponding to the pressure chambers P1-P4 was demonstrated above, as above-mentioned, since a monitoring signal can be produced | generated with respect to not only this but various areas, The reference signal can be defined not only for the regions C1 to C4 but also for various regions on the surface of the wafer W.
According to the above-described embodiment, since the reference signals indicating the same film thickness are obtained at the same time, the pressure chambers P1, P2, P3 and the like so that the monitoring signals acquired in the respective regions converge on the respective reference signals. By manipulating the pressure of P4, it is possible to polish with a uniform film thickness. Therefore, as shown in FIG. 7, even when the monitoring signal at the peripheral edge of the wafer W is extremely small compared to other regions, a uniform final film thickness can be obtained. In addition, since the reference signal is defined for each region, a desired non-uniform residual film thickness profile is realized by appropriately translating each reference signal created as described above with respect to the time axis. You can also.
For example, the remaining film thickness of the area Ci is larger than the area C0 by Δd Ci When it is desired to realize a film thickness profile that is as large as i After the correction, the polishing time t i Is corrected using the following equation (5) ′.
t i ← t i + Δd Ci / R (5) '
In other words, the polishing time t is calculated by using the following equation (4) ′ instead of the equation (4). i Correct.
Δt i = (D C0 S-d Ci S + Δd Ci ) / R (4) '
Where Δd Ci If <0, the remaining film thickness of the region Ci is -Δd than that of the region C0. Ci Will only be small.
In this way, in FIG. 12, the film thickness of the area Ci at the time TiS, which is the starting point of the monitoring signal of the area Ci, is Δd from the film thickness of the area C0. Ci Can only be considered big. Further, since the average polishing rate is the same between the region C0 and the region Ci, the film thickness of the region Ci and the film thickness of the region C0 at an arbitrary time TX (TiS ≦ TX ≦ TE in the example of FIG. 12). From Δd Ci Can only be considered big. Therefore, if the monitoring signal of each region created in this way is used as a reference signal, and the pressing force is manipulated so that the monitoring signal acquired for each region during polishing converges to these reference signals, The thickness of the region Ci is larger than the thickness of the region C0 by Δd Ci It is expected to achieve a desired profile that is only as large as possible.
In this way, for example, when the uppermost layer is a metal film and there is an insulating layer below that, and there is a wiring, by defining the target profile of the remaining thickness of the metal film by knowing the distribution of the thickness of the insulating layer, Polishing can be advanced so that the height from the wiring is uniform. In the following, detailed description will be made focusing on the case where the profile of the remaining film thickness of the film to be polished is made uniform.
FIG. 13 shows a monitoring signal MS for a certain area on the wafer. 1 For the reference signal RS set for this 0 And a new monitoring signal MS based on the straight line B 2 It is the graph which showed the method of converting into. Here, the straight line B is the reference signal RS. 0 It is a straight line with an inclination of -1 passing through the polishing end point. For example, as shown in FIG. 1 Monitoring signal MS 1 Value of v 1 Is given, the reference signal RS 0 A point P having the same value is obtained. Then, from the time of this point P, the reference signal RS 0 The remaining time T until the polishing end point is obtained. The remaining time T can be obtained by referring to the straight line B as can be seen from FIG. New monitoring signal MS based on required time T 2 Time t 1 Signal value at 2 Set. For example, v 2 = Signal value v such that T 2 Set. Alternatively, the signal value v 2 The time T from the start of polishing to the end of polishing in the reference signal 0 Normalize with v 2 = T / T 0 At this time, the straight line B takes the value 1 at time 0 and the slope is -1 / T. 0 It becomes a straight line.
Reference signal RS 0 If the same concept is applied to the above, the above-described straight line B can be regarded as a new reference signal for the converted monitoring signal. This new reference signal (straight line B) is the reference signal RS. 0 Since it represents the remaining time from each of the above points to the polishing end point, it becomes a linear monotonously decreasing function with respect to time, and the control calculation becomes easy.
In the case of controlling with the aim of a profile with a uniform film thickness after polishing, if the same conversion is performed on the monitoring signal of each region on the wafer W using the set reference signal, the converted monitoring signal Is expressed as a remaining time until the polishing end point in the corresponding reference signal or a value obtained by normalizing the remaining time. However, since the reference signals can be regarded as corresponding to the same film thickness at the same time, the monitoring signals of all the regions can be simply compared with each other as an index indicating the film thickness. At this time, all the converted reference signals coincide with the straight line B and are unified.
Further, in this case, in many cases, a new monitoring signal MS after conversion is obtained. 2 Varies linearly in proportion to the film thickness of the polished surface of the wafer. Therefore, even when the film thickness value of the surface to be polished cannot be measured due to the influence of the polishing liquid, the wiring pattern on the surface to be polished of the wafer, the lower layer, etc., it is possible to obtain good control performance by linear calculation. In the example shown in FIG. 13, the reference signal RS 0 Although the polishing end point in FIG. 1 was described as the reference time, the reference signal RS 0 The reference time in is not limited to the polishing end point. For example, the reference signal RS 0 A reference time can be arbitrarily determined such as a time at which takes a predetermined value. In particular, as described above, when polishing is controlled so that the remaining film thickness has a non-uniform profile, all regions in the reference signal do not reach the polishing end point at the same time, and therefore parallel according to equation (4) ′. One point on the time axis is determined as a common reference time for the reference signal of each area created by movement. The converted reference signals at this time are all unified with the straight line B as in the case of the uniform profile. Note that, in a section where the reference signal value corresponding to the monitoring signal value does not originally exist or a section where the monitoring signal value does not change with the polishing time, the value of the new monitoring signal after conversion is indefinite. In such a case, the control is stopped, and the conventional value may be maintained as the set value such as the pressing force of the top ring. In FIG. 13, the reference signal exists until the polishing end point is reached. This is because the reference wafer is polished until the polishing end point is passed, the polishing end point is detected based on the monitoring signal, and the reference signal is defined with the film thickness at this time being zero.
FIG. 14 is a graph showing an example of a method of applying the reference signal converted as described above. In FIG. 14, the reference signal RS is set so that the polishing time up to the polishing end point becomes a desired value at the polishing start point or control start point. 1 Is translated along the time axis to create a new reference signal RS 2 Is set. Incidentally, at the polishing start time or control start time, the reference signal RS 1 If the polishing time to the polishing end point is a desired value, the reference signal RS 1 The amount of parallel movement may be zero.
Then, the reference signal RS with respect to the time axis 2 Monitoring signal MS A , MS B , MS C And monitoring signals in other areas not shown are the reference signal RS. 2 Control is performed so as to converge. In this way, even if the value of the monitoring signal before conversion in a certain region is different from other regions at the same film thickness, not only the in-plane uniformity can be improved regardless of the initial film thickness profile. Even if the initial film thickness varies between wafers or the state of an apparatus such as a polishing pad changes, it can be expected that the time until the polishing end point becomes a predetermined value. Thus, if the polishing time can be made constant, the wafer can be transported in the polishing apparatus at a substantially constant cycle that can be expected. Therefore, the throughput is improved without being delayed by the wafer having a long polishing time.
FIG. 15 is a graph showing still another example of the reference signal application method. In FIG. 15, the reference signal RS is set so that the value av obtained by averaging the monitoring signal values in each region coincides with the reference signal at the polishing start time or control start time. 3 Is translated along the time axis to create a new reference signal RS 4 Set. Here, the monitoring signal value averaging method may be any method as long as it obtains a value representative of the progress of wafer polishing. For example, an arithmetic average or a weighted average is calculated. Or a method of taking a median value.
Then, the reference signal RS with respect to the time axis 4 Monitoring signal MS A , MS B , MS C And other area monitoring signals not shown are the reference signal RS. 4 Control is performed so as to converge. In this way, even if the value of the monitoring signal in a certain region is different from that in the other regions at the same film thickness, the pressing force on each region C1 to C4 of the wafer W can be compared with the example shown in FIG. It is not necessary to change the operation amount extremely, and stable polishing can be expected. In addition, it is expected that the polishing time after starting polishing or after starting control will be equal to the polishing time when polishing from the same film thickness when acquiring the reference signal, improving the in-plane uniformity regardless of the initial film thickness profile In addition, the average polishing rate can be realized regardless of the state of the polishing pad or the like.
FIG. 16 is a graph showing still another example of the reference signal application method. In FIG. 16, a value obtained by averaging the monitoring signals in each region at a predetermined cycle is a reference signal RS. 5 To match the reference signal RS 5 Is translated along the time axis. For example, the value av obtained by averaging the monitoring signal 1 , Av 2 , Av 3 To match the reference signal RS 5 Respectively, and a new reference signal RS 6 , RS 7 , RS 8 Set each. Then, the pressing force or the like for each of the regions C1 to C4 of the wafer is manipulated so that the monitoring signal of each region converges to a reference signal set by parallel movement every moment. In this way, even if the value of the monitoring signal in a certain region is different from the other regions at the same film thickness, the pressing force of each region C1 to C4 of the initial wafer is generally within a reasonable range. If the pressing force in a certain region increases, the pressing force in another region decreases. Therefore, although this embodiment does not have a function of adjusting the polishing time and the polishing rate, stable polishing can be performed by reducing the change in the operation amount. Furthermore, excellent in-plane uniformity can be achieved regardless of the initial film thickness profile.
In such a case, a good result can be obtained even if the polishing of the pattern wafer is controlled using a reference signal created using a blanket wafer as a reference wafer. Here, the blanket wafer refers to a wafer in which one or more materials are formed on the wafer with a uniform thickness, and a so-called pattern is not formed. In general, in polishing a pattern wafer, the polishing rate is different from that of a blanket wafer, and before and after the unevenness of the surface to be polished is eliminated. Further, if the film to be polished is a metal film and the sensor is an eddy current sensor, the rate of change of the monitoring signal with respect to the film thickness varies before and after the surface irregularities are eliminated. However, since the film thickness profile is controlled by the above method and there is no function to adjust the polishing rate, good control performance is expected regardless of the difference in the polishing rate and the change rate of the monitoring signal. it can.
It is difficult to measure the thickness of a pattern wafer if the film thickness is small, and it is only complicated to create a reference signal by polishing it in advance each time the type of product wafer to be polished changes. Instead, the product wafer is wasted. Therefore, it is practically significant to be able to control the polishing of the pattern wafer by applying the reference signal from the blanket wafer.
15 and FIG. 16, the example in which the reference signal is translated so as to coincide with the value obtained by averaging the monitoring signal at the start of polishing or at a predetermined period has been described. However, a value other than the value obtained by averaging the monitoring signal is used. It is also possible to translate the reference signal as a reference. For example, the reference signal may be translated based on the monitoring signal of a predetermined area of the wafer. That is, at the start of polishing, the reference signal may be translated so that the reference signal matches the monitoring signal of the predetermined area at the start of polishing, and even during the polishing process, the reference signal is the predetermined area at that time. The reference signal may be translated so as to coincide with the monitoring signal.
As described above, if the reference signal is appropriately defined for the wafer to be polished, the reference signal is defined, and the pressing force is operated based on the reference signal, then monitoring each part of the wafer every moment during polishing. The film thickness profile can be easily controlled without the complicated operation of individually determining the relationship between the signal and the film thickness.
FIG. 17 is a graph showing the radial film thickness distribution before and after polishing in the case where polishing is performed by creating a reference signal by the method of this embodiment, aiming at a uniform film thickness profile after polishing. . In the controlled polishing (polishing method of the present embodiment), the pressing force was manipulated so that the monitoring signal for each region converged to each reference signal. On the other hand, in uncontrolled polishing, a pressing force equal to the initial pressing force at the time of controlled polishing was applied to the wafer at a constant level. From FIG. 17, it can be seen that good residual film thickness uniformity including the peripheral edge of the wafer can be obtained.
FIG. 18 is a graph showing the transition of the monitoring signal in uncontrolled polishing, and FIG. 19 is a graph showing the transition of the monitoring signal in controlled polishing. As shown in FIG. 18, in the uncontrolled polishing, the values of the monitoring signals in the three regions on the wafer surface (center portion, inner intermediate portion, and outer intermediate portion) are different. On the other hand, in the controlled polishing, as shown in FIG. 19, it can be seen that the monitoring signal is generally converged to one value. Concerning the peripheral portion of the wafer, since the monitoring signal value is greatly separated from other regions for the reason described above, the convergence cannot be visually confirmed from the figure. However, in practice, since polishing control is performed along the corrected reference signal also at the peripheral portion of the wafer, a uniform film thickness is obtained in all regions including the peripheral portion as shown in FIG. .
FIG. 20 is a graph for explaining an example of the control calculation method according to the present invention. In FIG. 20, the monitoring signal conversion method described with reference to FIG. 13 is used. A new reference signal ys (t) at time t after the start of polishing is expressed by the following equation (X).
ys (t) = T 0 -T (6)
In the above formula (6), T 0 Is the time from the start of polishing to the end of polishing in the reference signal.
Where T 0 Is for the reference signal translated with respect to the time axis by any one of the two previous methods out of the three methods described above (see FIGS. 14 and 15). In the example shown in FIG. 16, the right side is a value obtained by averaging the monitoring signals of the respective regions at that time. At this time, t o From t to t o Predicted value y of monitoring signal in each area of wafer after elapse p (T, t o ) Is represented by the following formula (7).
y p (T, t o )
= Y (t) + t o {Y (t) -y (t-Δt m )} / Δt m ... (7)
In the above equation (7), y (t) is a monitoring signal at time t, Δt m Is a time determined for calculating the inclination of the monitoring signal with respect to time.
At this time, from time t to t o The discrepancy D (t, t) of the predicted value of the monitoring signal after the lapse of time with respect to the reference signal o ) Is defined as the following equation (8).
D (t, t o ) =-{Y p (T, t o -Y s (T + t o )} / T o ... (8)
If the degree of mismatch D represented by the equation (8) is positive, it means that the monitoring signal is advanced with respect to the reference signal, and if it is negative, it means that the monitoring signal is delayed.
As shown in FIG. 20, when the reference signal is a straight line, if the predicted value of the monitoring signal always coincides with the reference signal at each time point of the period Δt, the monitoring signal is expected to asymptotically converge on the reference signal. The Therefore, for example, as shown in FIG. 21, the unmatching degree of the region C3 of the wafer to which the pressing force u3 is applied to the back surface is D3, and the unmatching degrees of the regions C2 and C4 adjacent to the region C3 are D2 and D4, respectively. Consider the determination of the change amount Δu3. FIG. 22 is an example of a fuzzy rule for determining such a change amount Δu3 of the pressing force u3. FIG. 23 shows the temperature T of the polishing pad immediately after sliding on the wafer in addition to the fuzzy rule of FIG. p It is an example of a fuzzy rule when 22 and FIG. 23, “S” is “small”, “B” is “large”, “PB” is “largely increased”, “PS” is “smallly increased”, “ZR” is “not changed”, “NS” means “slightly reduce” and “NB” means “reduced greatly”.
As shown in the fuzzy rule of FIG. 22, the change amount Δu3 of the pressure increases as the mismatch degree D3 of the corresponding area C3 or the pressing force u3 itself decreases, and the mismatch between the areas C2 and C4 adjacent to the area C3. Even when the degrees D2 and D4 are small, the adjustment is made to increase. If the fuzzy rules are determined in the same way for the pressing force of other areas that are independent from each other, the degree of inconsistency of the corresponding areas, and the amount of change in pressing force, the pressing force is extremely large or small. Control can be performed so that all the inconsistencies converge to zero without changing to values.
Further, in the example shown in FIG. 23, in many cases, the polishing pad temperature T is increased in consideration of the fact that the polishing rate increases as the polishing pad temperature increases, and thus the temperature easily increases. p Is lower, the change amount Δu3 of the pressing force u3 is increased, and the temperature T p The higher the is, the smaller the change amount Δu3 is set.
The applicable fuzzy rules are not limited to those shown in FIGS. 22 and 23, and can be arbitrarily defined according to the characteristics of the system. In addition, inference methods such as membership functions, logical product methods, implication methods, accumulation methods, and defuzzification methods for the antecedent and consequent variables can be selected and used as appropriate. For example, if the membership function of the consequent part is set appropriately, the change amount Δu3 of the pressing force can be adjusted, and upper and lower limit constraints are further imposed on the pressing force u3 and the change amount Δu3 thus obtained. Can also be determined. Further, the region for defining the monitoring signal or the degree of inconsistency is not limited to the above-described C1 to C4. For example, one or two regions are added to the boundary portion to make the region finer. It is also possible to perform control.
In the above example, if the original reference signal and the monitoring signal are nearly linear with respect to time, the conversion of the monitoring signal described with reference to FIG. 13 to the value related to the polishing time is not necessarily required. When the time change of the monitoring signal is represented on the graph and the curvature is small, the time t obtained by the equation (7) is obtained in the same manner as in FIG. o If the predicted value of the subsequent monitoring signal always coincides with the reference signal ys (t), it is expected that the monitoring signal gradually approaches the reference signal and good control is performed. When the monitoring signal is not converted into a value related to time, in the parallel movement of the reference signal described with reference to FIG. 15 or FIG. 16, for example, an area including a wafer peripheral part or an area where the monitoring signal differs greatly due to the influence of SUS parts is excluded. Thus, an average value that is a reference for the parallel movement may be obtained.
In the above-described example, the prediction type fuzzy control that obtains the prediction value of the inconsistency and performs the inference is used. After the sensor captures information on the surface to be polished of the wafer, until the actual pressing force is completely replaced with the new value and the polishing state changes, and the sensor output value changes completely, output from the sensor to the monitoring device Many steps are required, such as signal transfer, conversion and smoothing to a monitoring signal, calculation of pressing force, transfer to a control unit, command to a pressure adjusting unit, operation of a pressing mechanism (pressure chamber). Therefore, it usually takes about 1 to 2 seconds until the change in the operation amount is completely reflected in the signal waveform. Thus, in order to perform effective control while suppressing the influence of response delay, predictive control is effective.
As a predictive control method, not only the above-described fuzzy control but also, for example, an appropriate mathematical model may be defined to perform model predictive control. If modeling is performed including the above-described response delay, further improvement in control performance can be expected. In such a system, even if the control cycle is shortened, the next operation is performed before the change in the operation amount is sufficiently reflected in the monitoring signal. There is a risk of causing an unnecessary change in the operation amount and a change in the signal value due to this. On the other hand, the polishing time is usually about several tens of seconds to several hundreds of seconds. Therefore, if the control period is too long, the polishing end point is reached before in-plane uniformity is achieved. Therefore, the control cycle is preferably 1 second or more and 10 seconds or less.
When polishing the target wafer while operating the pressing force, the polishing end point (the point where the polishing conditions are switched) can be detected simultaneously from the monitoring signal when the metal film is removed or when a predetermined threshold value is reached. Can be detected.
Further, the reference signal as described above may be defined only for the two regions of the region C1 (the center portion of the wafer) and the region C4 (the peripheral portion of the wafer). In this case, the reference signal of the region C1 is used when controlling the region C1 and the regions C2 and C3 (inner intermediate portion and outer intermediate portion). Preferably, as described above, a reference signal may be defined for each region on the wafer surface, and the reference signal corresponding to each region may be used during polishing. This not only eliminates the influence of the monitoring signal change at the peripheral edge of the wafer, but also affects the monitoring signal from the eddy current sensor when a conductive or magnetic part such as a SUS flange is in the top ring. In the case of exerting good control performance, good control performance can be obtained by eliminating the influence.
In the process of defining the reference signal, the monitoring signal is scaled and translated while assuming that the polishing rate of each region is constant during polishing of the reference wafer, but the polishing time is sufficiently long. If the initial film thickness and polishing rate are not extremely different between regions, the amount of scaling and translation is small, and the practicality of grasping the film thickness profile by the monitoring signal is not impaired.
In the above-described embodiment, the case where the monitoring signal monotonously decreases with the progress of polishing has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the monitoring signal monotonously increases. For example, when an impedance-type eddy current sensor is used as the sensor 50, the following method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-121616 can be applied.
As shown in FIG. 1, the conductive film present on the surface of the wafer W is measured via a polishing pad 10 from a sensor (eddy current sensor) 50 embedded in the polishing table 12. In this case, the gap between the sensor 50 and the conductive film changes according to the thickness of the polishing pad 10 interposed therebetween. As a result, for example, as shown in FIG. 24, the arc trajectories of the signal component X and the signal component Y vary according to the gap (gap) G corresponding to the thickness (t1 to t4) of the polishing pad 10 to be used. Therefore, in order to measure the film thickness of the conductive film of the semiconductor wafer W with high accuracy from the arc locus of the signal component X or the signal component Y, the thickness of the polishing pad to be used (before using the polishing pad) It is necessary to measure the film thickness of the conductive film to be measured after preparing measurement information of the signal component X and the signal component Y at a known film thickness.
However, from the measurement results of the signal component X and the signal component Y by the eddy current sensor, as shown in FIG. 24, the X component and the Y component regardless of the gap G between the sensor coil end and the conductive film. When the output values for each film thickness of the conductive film are connected by straight lines (r1 to r3), an intersection (center point) P at which the straight lines intersect can be acquired. This preliminary measurement straight line rn (n: 1, 2, 3,...) Corresponds to the thickness of the conductive film with respect to a reference line (horizontal line in FIG. 24) L where the signal component Y passing through the intersection P is constant. It tilts at an elevation angle θ.
Therefore, even if the thickness of the polishing pad for polishing the conductive film of the semiconductor wafer W is unknown, the measurement result (output value) and the center of the signal component X and the signal component Y of the conductive film to be polished If the elevation angle θ with respect to the reference line L of the measurement line rn connecting the points P is obtained, the conductivity of the measurement target is determined based on the correlation with the change tendency of the elevation angle θ according to the film thickness of the conductive film that has been preliminarily measured. The film thickness of the conductive film can be derived. However, in order to control the residual film thickness uniformity, it is not always necessary to know the film thickness absolute value, and it is only necessary to relatively grasp the film thickness in the radial direction of the wafer W. Therefore, the elevation angle θ is simply used as the monitoring signal. The reference line L may be a vertical line in FIG. 24 in which the reactance component X is constant.

本発明は、半導体ウェハなどの基板を研磨して平坦化する研磨装置および研磨方法に適用可能である。   The present invention is applicable to a polishing apparatus and a polishing method for polishing and flattening a substrate such as a semiconductor wafer.

Claims (18)

表面に膜が形成された基板を研磨する研磨装置であって、
研磨面を有する研磨テーブルと、
基板上の第1の複数の領域に対して独立して押圧力を与えることで基板を前記研磨テーブルに押圧するトップリングと、
複数の計測点における前記膜の状態を検出するセンサと、
前記センサの出力信号から、基板上の第2の複数の領域のそれぞれについてモニタリング信号を生成するモニタリング装置と、
前記モニタリング信号の基準値と研磨時間との関係を示す複数の基準信号を格納した記憶部と、
前記第2の複数の領域のそれぞれに対応する前記モニタリング信号が前記複数の基準信号のいずれか1つに収束するように前記第1の複数の領域に対する押圧力を操作する制御部とを備えたことを特徴とする研磨装置。
A polishing apparatus for polishing a substrate having a film formed on a surface thereof,
A polishing table having a polishing surface;
A top ring that presses the substrate against the polishing table by independently applying a pressing force to the first plurality of regions on the substrate;
A sensor for detecting the state of the film at a plurality of measurement points;
A monitoring device that generates a monitoring signal for each of the second plurality of regions on the substrate from the output signal of the sensor;
A storage unit storing a plurality of reference signals indicating a relationship between a reference value of the monitoring signal and a polishing time;
A control unit that operates a pressing force on the first plurality of regions so that the monitoring signal corresponding to each of the second plurality of regions converges on any one of the plurality of reference signals. A polishing apparatus characterized by that.
前記第2の複数の領域の1つは、基板の周縁部を含む領域であり、
前記複数の基準信号の1つは、前記基板の周縁部を含む領域についての基準信号であることを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。
One of the second plurality of regions is a region including a peripheral portion of the substrate,
The polishing apparatus according to claim 1, wherein one of the plurality of reference signals is a reference signal for a region including a peripheral portion of the substrate.
前記複数の基準信号は、前記第2の複数の領域にそれぞれ対応して設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of reference signals are provided corresponding to the second plurality of regions, respectively. 前記モニタリング信号の信号値と前記基準信号の信号値とを、前記基準信号に基づいて研磨時間に関する値に変換して、新たなモニタリング信号と新たな基準信号とを生成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の研磨装置。   The signal value of the monitoring signal and the signal value of the reference signal are converted into a value related to a polishing time based on the reference signal to generate a new monitoring signal and a new reference signal. Item 4. The polishing apparatus according to any one of Items 1 to 3. 研磨工程の任意の時刻において、前記第2の複数の領域における前記新たなモニタリング信号を平均化した値を求め、該時刻における前記新たな基準信号が前記平均化した値と一致するように、該時刻以降の前記新たな基準信号を時間軸に関して平行移動することを特徴とする請求項4に記載の研磨装置。   A value obtained by averaging the new monitoring signal in the second plurality of regions at an arbitrary time of the polishing step is obtained, and the new reference signal at the time coincides with the averaged value. The polishing apparatus according to claim 4, wherein the new reference signal after the time is translated with respect to the time axis. 前記複数の基準信号は、同一時点において同一の膜厚に対応することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of reference signals correspond to the same film thickness at the same time. 前記複数の基準信号は、同一時点において、前記第2の複数の領域間に設定された所定の膜厚差を反映した膜厚に対応することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の研磨装置。   The plurality of reference signals correspond to film thicknesses reflecting a predetermined film thickness difference set between the second plurality of regions at the same time point. The polishing apparatus according to item. 前記制御部の制御周期は、1秒以上10秒以下であることを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein a control period of the control unit is not less than 1 second and not more than 10 seconds. 前記センサは、渦電流センサであることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein the sensor is an eddy current sensor. 記制御部は、前記モニタリング装置により生成されたモニタリング信号に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の研磨装置。   10. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the control unit detects a polishing end point based on a monitoring signal generated by the monitoring apparatus. 11. 基板上の第1の複数の領域に対して独立した押圧力を与えることで基板を研磨テーブルに押圧して研磨する研磨方法であって、
基板上の膜厚に関連するモニタリング信号の基準値と研磨時間との関係を示す複数の基準信号を定義し、
複数の計測点における基板上の膜の状態をセンサを用いて検出し、
前記センサの出力信号から、基板上の第2の複数の領域のそれぞれについてモニタリング信号を生成し、
前記第2の複数の領域のそれぞれに対応する前記モニタリング信号が前記複数の基準信号のいずれか1つに収束するように前記第1の複数の領域に対する押圧力を操作することを特徴とする研磨方法。
A polishing method in which a substrate is pressed against a polishing table by applying an independent pressing force to the first plurality of regions on the substrate and polished.
Define multiple reference signals that indicate the relationship between the reference value of the monitoring signal related to the film thickness on the substrate and the polishing time,
The state of the film on the substrate at multiple measurement points is detected using a sensor,
Generating a monitoring signal for each of the second plurality of regions on the substrate from the output signal of the sensor;
Polishing characterized by operating a pressing force on the first plurality of regions so that the monitoring signal corresponding to each of the second plurality of regions converges to any one of the plurality of reference signals. Method.
前記第2の複数の領域の1つは、基板の周縁部を含む領域であり、
前記複数の基準信号の1つは、前記基板の周縁部を含む領域についての基準信号であることを特徴とする請求項11に記載の研磨方法。
One of the second plurality of regions is a region including a peripheral portion of the substrate,
The polishing method according to claim 11, wherein one of the plurality of reference signals is a reference signal for a region including a peripheral portion of the substrate.
前記複数の基準信号は、前記第2の複数の領域にそれぞれ対応して設けられることを特徴とする請求項11または12に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 11, wherein the plurality of reference signals are provided corresponding to the second plurality of regions, respectively. 前記複数の基準信号は、ブランケットウェハを研磨して得られることを特徴とする請求項11から13のいずれか一項に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 11, wherein the plurality of reference signals are obtained by polishing a blanket wafer. 前記複数の基準信号は、同一時点において同一の膜厚に対応することを特徴とする請求項11から14のいずれか一項に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 11, wherein the plurality of reference signals correspond to the same film thickness at the same time. 研磨対象となる基板と同種の基準基板を用意し、
前記基準基板の膜厚を測定し、
前記基準基板を研磨して複数の計測点における前記基準基板上の膜の状態を前記センサにより検出し、
前記第2の複数の領域から選択された第1の領域および第2の領域におけるモニタリング信号を前記センサの出力信号から生成し、
前記第1の領域及び第2の領域の被研磨膜が完全に除去された時点で研磨を停止し、
前記第1の領域および前記第2の領域の平均研磨速度を求め、
前記第2の領域の平均研磨速度が前記第1の領域の平均研磨速度と一致するように、前記第2の領域のモニタリング信号を時間軸に沿って伸張または縮小させ、
前記第2の領域の初期膜厚が前記第1の領域の初期膜厚と一致するために必要な研磨時間を求め、
前記伸張または縮小させた第2の領域のモニタリング信号を、前記求めた研磨時間だけ時間軸に沿って平行移動させ、
前記平行移動したモニタリング信号を前記第2の領域の基準信号とすることにより前記複数の基準信号を定義することを特徴とする請求項15に記載の研磨方法。
Prepare a reference substrate of the same type as the substrate to be polished,
Measure the thickness of the reference substrate,
Polishing the reference substrate and detecting the state of the film on the reference substrate at a plurality of measurement points by the sensor;
Generating a monitoring signal in the first region and the second region selected from the second plurality of regions from the output signal of the sensor;
The polishing is stopped when the film to be polished in the first region and the second region is completely removed,
Determining an average polishing rate of the first region and the second region;
Stretching or reducing the monitoring signal of the second region along the time axis so that the average polishing rate of the second region matches the average polishing rate of the first region;
Determining the polishing time required for the initial film thickness of the second region to match the initial film thickness of the first region;
The monitoring signal of the stretched or shrunk second region is translated along the time axis by the determined polishing time,
The polishing method according to claim 15, wherein the plurality of reference signals are defined by using the translated monitoring signal as a reference signal of the second region.
前記複数の基準信号は、同一時点において、前記第2の複数の領域間に設定された所定の膜厚差を反映した膜厚に対応することを特徴とする請求項11から14のいずれか一項に記載の研磨方法。   15. The plurality of reference signals correspond to film thicknesses that reflect a predetermined film thickness difference set between the second plurality of regions at the same time point. The polishing method according to item. 研磨対象となる基板と同種の基準基板を用意し、
前記基準基板の膜厚を測定し、
前記基準基板を研磨して複数の計測点における前記基準基板上の膜の状態を前記センサにより検出し、
前記第2の複数の領域から選択された第1の領域および第2の領域におけるモニタリング信号を前記センサの出力信号から生成し、
研磨後の前記基準基板の膜厚を測定し、
前記第1の領域および前記第2の領域の平均研磨速度を求め、
前記第2の領域の平均研磨速度が前記第1の領域の平均研磨速度と一致するように、前記第2の領域のモニタリング信号を時間軸に沿って伸張または縮小させ、
前記第2の領域の初期膜厚が前記第1の領域の初期膜厚と一致するために必要な第1の研磨時間を求め、
前記第2の領域の初期膜厚が前記第1の領域の初期膜厚と所定の膜厚差を有するために必要な第2の研磨時間を求め、
前記伸張または縮小させた第2の領域のモニタリング信号を、前記第1の研磨時間と前記第2の研磨時間との和だけ時間軸に沿って平行移動させ、
前記平行移動したモニタリング信号を前記第2の領域の基準信号とすることにより前記複数の基準信号を定義することを特徴とする請求項17に記載の研磨方法。
Prepare a reference substrate of the same type as the substrate to be polished,
Measure the thickness of the reference substrate,
Polishing the reference substrate and detecting the state of the film on the reference substrate at a plurality of measurement points by the sensor;
Generating a monitoring signal in the first region and the second region selected from the second plurality of regions from the output signal of the sensor;
Measure the thickness of the reference substrate after polishing,
Determining an average polishing rate of the first region and the second region;
Stretching or reducing the monitoring signal of the second region along the time axis so that the average polishing rate of the second region matches the average polishing rate of the first region;
Determining the first polishing time required for the initial film thickness of the second region to match the initial film thickness of the first region;
A second polishing time required for the initial film thickness of the second region to have a predetermined film thickness difference from the initial film thickness of the first region;
The monitoring signal of the stretched or shrunk second region is translated along the time axis by the sum of the first polishing time and the second polishing time,
The polishing method according to claim 17, wherein the plurality of reference signals are defined by using the translated monitoring signal as a reference signal for the second region.
JP2008534371A 2006-09-12 2007-09-06 Polishing apparatus and polishing method Active JP5283506B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008534371A JP5283506B2 (en) 2006-09-12 2007-09-06 Polishing apparatus and polishing method

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006246836 2006-09-12
JP2006246836 2006-09-12
JP2008534371A JP5283506B2 (en) 2006-09-12 2007-09-06 Polishing apparatus and polishing method
PCT/JP2007/067771 WO2008032753A1 (en) 2006-09-12 2007-09-06 Polishing apparatus and polishing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2008032753A1 true JPWO2008032753A1 (en) 2010-01-28
JP5283506B2 JP5283506B2 (en) 2013-09-04

Family

ID=39183809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008534371A Active JP5283506B2 (en) 2006-09-12 2007-09-06 Polishing apparatus and polishing method

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8246417B2 (en)
EP (1) EP2075089B1 (en)
JP (1) JP5283506B2 (en)
KR (1) KR101278236B1 (en)
CN (1) CN101511539B (en)
TW (2) TWI588883B (en)
WO (1) WO2008032753A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016059992A (en) * 2014-09-17 2016-04-25 株式会社荏原製作所 Film thickness signal processor, polishing apparatus, method of processing film thickness signal, and polishing method

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101523565B (en) * 2006-10-06 2012-02-29 株式会社荏原制作所 Machining end point detecting method, grinding method, and grinder
EP2359398B1 (en) 2008-11-12 2017-05-10 Besi Switzerland AG Method for detaching and removing a semiconductor chip from a tape
CN101927453B (en) * 2009-06-20 2015-05-06 无锡华润上华半导体有限公司 Grinding device of shallow trench isolation structure
JP5467937B2 (en) * 2010-05-31 2014-04-09 株式会社東京精密 Edge float shape controllable air float polishing head
CN101905438A (en) * 2010-07-13 2010-12-08 厦门大学 Polishing pressure detection device for heavy-calibre element
US8571699B2 (en) * 2010-09-10 2013-10-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System and method to reduce pre-back-grinding process defects
JP5980476B2 (en) 2010-12-27 2016-08-31 株式会社荏原製作所 Polishing apparatus and polishing method
US20120276817A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Iravani Hassan G Eddy current monitoring of metal residue or metal pillars
US8774958B2 (en) * 2011-04-29 2014-07-08 Applied Materials, Inc. Selection of polishing parameters to generate removal profile
JP5699795B2 (en) * 2011-05-12 2015-04-15 富士通セミコンダクター株式会社 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus
US20130017762A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Infineon Technologies Ag Method and Apparatus for Determining a Measure of a Thickness of a Polishing Pad of a Polishing Machine
JP5705093B2 (en) * 2011-11-21 2015-04-22 株式会社荏原製作所 Polishing end point detection method and polishing apparatus
JP2013222856A (en) * 2012-04-17 2013-10-28 Ebara Corp Polishing device and polishing method
CN103624673B (en) * 2012-08-21 2016-04-20 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 The method of chemical mechanical polishing apparatus and chemico-mechanical polishing
US20140067321A1 (en) * 2012-09-06 2014-03-06 Schmitt Industries, Inc. Systems and methods for monitoring machining of a workpiece
TWI577497B (en) * 2012-10-31 2017-04-11 Ebara Corp Grinding device
US10090207B2 (en) * 2012-11-28 2018-10-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-point chemical mechanical polishing end point detection system and method of using
US9242337B2 (en) * 2013-03-15 2016-01-26 Applied Materials, Inc. Dynamic residue clearing control with in-situ profile control (ISPC)
CN103252707B (en) * 2013-05-07 2015-08-26 上海华力微电子有限公司 Bogey and utilize this device to carry out the method for wafer transfer
JP6293519B2 (en) * 2014-03-05 2018-03-14 株式会社荏原製作所 Polishing apparatus and polishing method
JP6595987B2 (en) 2014-04-22 2019-10-23 株式会社荏原製作所 Polishing method
CN105014519A (en) * 2014-04-22 2015-11-04 沛鑫科技有限公司 Semi-automatic metallographic grinder
TWI614799B (en) * 2014-05-16 2018-02-11 Acm Res Shanghai Inc Wafer polishing method
CN104044055A (en) * 2014-05-30 2014-09-17 京东方科技集团股份有限公司 Base plate grinding method and base plate grinding device
TW201710029A (en) * 2015-09-01 2017-03-16 Ebara Corp Eddy current sensor
JP6585445B2 (en) * 2015-09-28 2019-10-02 株式会社荏原製作所 Polishing method
JP6775354B2 (en) * 2015-10-16 2020-10-28 株式会社荏原製作所 Polishing equipment and polishing method
KR102412776B1 (en) * 2015-10-27 2022-06-24 주식회사 케이씨텍 Chemical mechanical polishing apparatus with enhanced performance of obtaining thickness at the edge area of wafer
KR101870701B1 (en) * 2016-08-01 2018-06-25 에스케이실트론 주식회사 Polishing measuring apparatus and method for controlling polishing time thereof, and pllishing control system including the same
US10427272B2 (en) * 2016-09-21 2019-10-01 Applied Materials, Inc. Endpoint detection with compensation for filtering
JP6357260B2 (en) * 2016-09-30 2018-07-11 株式会社荏原製作所 Polishing apparatus and polishing method
CN107336126B (en) * 2017-08-31 2019-05-28 清华大学 Polish pressure control method, device and the polissoir of polissoir
JP6847811B2 (en) * 2017-10-24 2021-03-24 株式会社荏原製作所 Polishing method and polishing equipment
TWI825075B (en) 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 Polishing apparatus, polishing system, method, and computer storage medium using machine learning and compensation for pad thickness
JP7031491B2 (en) * 2018-05-22 2022-03-08 株式会社Sumco Work double-sided polishing device and double-sided polishing method
US11951587B2 (en) * 2018-09-26 2024-04-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Zone-based CMP target control
CN109648461B (en) * 2019-01-14 2020-04-28 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) Method and device for scanning by grinding head
CN110170904B (en) * 2019-05-30 2021-04-20 佛山市科莱机器人有限公司 Method for processing thickness of through hole of shell
CN110549240B (en) * 2019-09-18 2020-12-29 清华大学 End point detection method and chemical mechanical polishing device
CN111037456B (en) * 2020-01-08 2021-05-14 洛阳聚享新科智能科技有限公司 Multivariable intelligent fuzzy control system of double-end-face grinding machine
CN111761420B (en) * 2020-06-16 2021-10-15 上海中欣晶圆半导体科技有限公司 Method for improving silicon wafer chamfering breadth precision
WO2021262450A1 (en) 2020-06-24 2021-12-30 Applied Materials, Inc. Determination of substrate layer thickness with polishing pad wear compensation
WO2022015441A1 (en) * 2020-07-14 2022-01-20 Applied Materials, Inc. Methods of detecting non-conforming substrate processing events during chemical mechanical polishing
JP2022108789A (en) * 2021-01-14 2022-07-27 株式会社荏原製作所 Polishing device, polishing method, and method for outputting visualized information on film thickness distribution of base plate
KR20230023756A (en) * 2021-03-05 2023-02-17 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Control of process parameters using cost function or expected future parameter changes during substrate polishing
KR20230148373A (en) 2021-03-05 2023-10-24 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Control of processing parameters for substrate polishing using substrate precession

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838447A (en) * 1995-07-20 1998-11-17 Ebara Corporation Polishing apparatus including thickness or flatness detector
US5838448A (en) * 1997-03-11 1998-11-17 Nikon Corporation CMP variable angle in situ sensor
US6280289B1 (en) 1998-11-02 2001-08-28 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for detecting an end-point in chemical mechanical polishing of metal layers
WO2000026613A1 (en) * 1998-11-02 2000-05-11 Applied Materials, Inc. Optical monitoring of radial ranges in chemical mechanical polishing a metal layer on a substrate
US6776692B1 (en) * 1999-07-09 2004-08-17 Applied Materials Inc. Closed-loop control of wafer polishing in a chemical mechanical polishing system
US6706541B1 (en) * 1999-10-20 2004-03-16 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for controlling wafer uniformity using spatially resolved sensors
US6602724B2 (en) * 2000-07-27 2003-08-05 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing of a metal layer with polishing rate monitoring
MY128145A (en) * 2000-07-31 2007-01-31 Silicon Valley Group Thermal In-situ method and apparatus for end point detection in chemical mechanical polishing
US6966816B2 (en) * 2001-05-02 2005-11-22 Applied Materials, Inc. Integrated endpoint detection system with optical and eddy current monitoring
US6722946B2 (en) * 2002-01-17 2004-04-20 Nutool, Inc. Advanced chemical mechanical polishing system with smart endpoint detection
US7008295B2 (en) * 2003-02-04 2006-03-07 Applied Materials Inc. Substrate monitoring during chemical mechanical polishing
US6945845B2 (en) * 2003-03-04 2005-09-20 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing apparatus with non-conductive elements
US7025658B2 (en) * 2003-08-18 2006-04-11 Applied Materials, Inc. Platen and head rotation rates for monitoring chemical mechanical polishing
JP4451111B2 (en) 2003-10-20 2010-04-14 株式会社荏原製作所 Eddy current sensor
WO2005123335A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-29 Ebara Corporation Polishing apparatus and polishing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016059992A (en) * 2014-09-17 2016-04-25 株式会社荏原製作所 Film thickness signal processor, polishing apparatus, method of processing film thickness signal, and polishing method
JP2018164977A (en) * 2014-09-17 2018-10-25 株式会社荏原製作所 Film thickness signal processor, polishing apparatus, method of processing film thickness signal, and polishing method

Also Published As

Publication number Publication date
TWI588883B (en) 2017-06-21
CN101511539B (en) 2012-08-22
CN101511539A (en) 2009-08-19
TW200822204A (en) 2008-05-16
EP2075089A1 (en) 2009-07-01
KR101278236B1 (en) 2013-06-24
WO2008032753A1 (en) 2008-03-20
US8246417B2 (en) 2012-08-21
TW201426843A (en) 2014-07-01
US20100029177A1 (en) 2010-02-04
JP5283506B2 (en) 2013-09-04
EP2075089B1 (en) 2015-04-15
KR20090057306A (en) 2009-06-04
TWI435380B (en) 2014-04-21
EP2075089A4 (en) 2012-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5283506B2 (en) Polishing apparatus and polishing method
JP4994227B2 (en) Polishing apparatus and polishing method
JP5080933B2 (en) Polishing monitoring method and polishing apparatus
US8592313B2 (en) Polishing method and polishing apparatus
WO2018074091A1 (en) Substrate processing control system, substrate processing control method, and program
JP6060308B2 (en) Dynamic control of residue clearing using in situ profile control (ISPC)
JP5094320B2 (en) Polishing monitoring method, polishing apparatus, and monitoring apparatus
KR20220116316A (en) Abrasive carrier head with piezoelectric pressure control
CN109848855B (en) Method for conditioning a polishing pad
KR102276869B1 (en) Chemical Mechanical Polishing Automated Recipe Creation
KR102144854B1 (en) Substrate processing apparatus
KR20180129088A (en) Substrate procesing apparatus
JP6817778B2 (en) Local polishing equipment, local polishing methods and programs
WO2022270345A1 (en) Polishing method and polishing apparatus
WO2022230646A1 (en) Polishing device and polishing method
JP2023002464A (en) Polishing method and polishing apparatus
JP2023064493A (en) Polishing device and polishing method
JP2022143015A (en) Film thickness measurement method, notch detection method, and polishing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100701

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100701

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121002

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130408

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130430

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130528

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5283506

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250